场路耦合的直流牵引供电系统杂散电流扩散模型

场路分离的杂散电流计算中，电阻网络模型的钢轨对地过渡电阻参数受地电位分布计算中的道床和土壤电阻率的影响，难以准确反映杂散电流扩散分布。提出了场路耦合的仿真模型，通过对直流地铁回流系统中的空间及导体结构进行区域等效，以直接边界元法建立杂散电流扩散场模型，获得表征杂散电流扩散分布的散流系数矩阵与散流互阻矩阵并进行存储；将直流牵引供电系统等效为多时变电源集中电路，利用散流互阻矩阵对牵引供电系统等效电路进行修正，建立以列车运行图为驱动的杂散电流动态仿真模型。仿真结果与CDEGS软件对比，钢轨电位误差在2.04%以内，隧道面上电位误差在1.09%以内，仿真计算速度提升了83.32%。案例分析表明，大部分杂散电流从牵引所间距较大的区间泄漏；该线路钢轨对地过渡电阻大于3.76Ω·km时，其变化对钢轨电位峰值影响较小；当过渡电阻值大于6.94Ω·km时，钢轨泄漏电流密度小于2.5 mA/m。     

地铁走行轨对地过渡电阻杂散电流分布的影响

城市轨道交通直流牵引系统杂散电流可能导致钢轨、道床钢筋、结构钢筋和地下金属管线等发生不同程度的腐蚀,杂散电流分布及对腐蚀定量影响目前国内外还缺乏研究。针对目前规范中典型的3种走行轨对地过渡电阻状态:15?·km(新建线路验收限值)、3?·km(运行线路限值)和0.5?·km(不良状态),数值计算对比了机车距离变电所负极距离0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 km 6种位置时沿线钢轨对地电位分布以及钢轨和杂散电流分布。研究结果显示:走行轨对地电阻越小,钢轨泄漏的杂散电流越大。机车在距离牵引变电所负极越远的位置运行时,沿线钢轨的和排流网上的最大杂散电流密度以及沿线钢轨对地电位越大。土壤电阻率为100?·m,走行轨对地过渡电阻为0.5?·km情况下钢轨最严重部分损失占33%,年腐蚀量可达203.62 g/m。该研究为城市轨道交通杂散电流危害定量评估影响提供了依据,清晰地反映了走行轨对地过渡电阻工程控制的必要性。     

城市轨道交通轨地过渡电阻对杂散电流分布特性的影响

为研究城市轨道交通轨地过渡电阻对杂散电流的影响,基于电阻网络的方法,建立将各金属结构、道床及大地等效成电阻和过渡电阻的电路模型,并推导出各金属结构电压、电流的解析表达式。然后采用CDEGS软件作了仿真验证,讨论了不同过渡电阻及区间过渡电阻不均匀对杂散电流和走行轨电位的影响。研究结果表明:过渡电阻均匀和不均匀时,仿真结果均与计算值基本保持一致;过渡电阻均匀时,排流网电位最大偏差为5.7 m V,不超过16%;轨地过渡电阻与走行轨绝缘电阻率成正比,杂散电流大小与过渡电阻成反比,过渡电阻为3?·km时,杂散电流达到1 448.4 m A;不均匀过渡电阻并不会影响走行轨上的压降,但会改变其电位分布;过渡电阻突变减小会增大总杂散电流。研究成果可为地铁杂散电流防护设计提供依据。     

地铁杂散电流引起动态地电位分布建模及影响因素分析

针对地铁运行导致变压器直流偏磁、埋地管道腐蚀而带来的地铁杂散电流干扰和影响评估问题，提出杂散电流引起动态地电位分布建模方法。通过将多区间、多列车地铁线路等效为多时变电源电阻网络模型，实现杂散电流实时分布计算；进一步将其等效为非均匀散流线电流源，结合线路地理信息，基于点电流源电场的空间数值积分实现地铁全周转时间内的地电位动态计算；利用CDEGS软件仿真和现场实测数据，验证模型计算结果的准确性。以国内某市1、2号线地铁线路为例，计算杂散电流引起大地电位波动区间，以电位梯度变化评估杂散电流干扰范围及程度，并分析机车运行工况、轨地过渡电阻和土壤电阻率因素对地电位梯度的影响规律。     

城市轨道走行轨过渡电阻测量方法与计算误差

走行轨过渡电阻的测量对杂散电流评估有着重要的意义。实际运营线路、过渡电阻的测量受远端钢轨电位限制器接地等情况干扰。通过建立走行轨-排流网两层模型,求解走行轨电位和电流在线路首末端双端接地、不接地和单端接地3种情形下的分布,分析过渡电阻测量误差。走行轨平均电位测量误差随着测量区间的增大而增大,泄漏电流的测量误差随着测量区间的增大而减小。当线路两端接地时,过渡电阻测量误差最大可达到1.20■·km。建议过渡电阻测量区间长度控制在1～4 km范围内。当走行轨平均电位计算考虑其近似直线分布时,平均电位误差均小于采用算术平均值计算,可以减小过渡电阻测量误差。     

直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散的联合仿真模型

直流牵引供电系统杂散电流产生的直流干扰问题日趋严重。为研究杂散电流的干扰程度,将直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散模型进行联合仿真。考虑段场与正线之间的互相影响,建立段场集中点电流源泄漏与正线沿线钢轨分布式泄漏共同作用下的动态杂散电流在分层介质中的扩散模型。提出分层模型的精细积分主元加权迭代方法,从而避免一般方法求解失败的问题,实现高精度、高效率求解分层格林函数。以中国实际地铁工程为例,采用该文模型对段场的杂散电流和附近土壤地表电位梯度的现场测试进行过程还原,实测与仿真结果误差在8.46%以内。直流牵引供电系统正线与段场之间采用阻断式连接方案,可使得附近土壤的地表电位梯度降低46.53%。     

基于实测牵引回流的地铁时变负荷对钢轨电位影响分析

在电气化铁路中列车轨道是牵引电流回流通道的一部分,钢轨对地电位容易对信号电缆芯线产生干扰.通过测试某地铁线路牵引电流回流与钢轨对地电位,验证基于CDEGS软件建立的直流牵引回流系统模型的正确性.以测试样本为依据,结合运行图信息,基于小波变换算法研究地铁时变负荷特性,建立地铁典型负荷模型,分析牵引负荷时变特性对钢轨电位的影响.对多列车不同运行工况下的钢轨电位分布进行计算和仿真,提出降低钢轨电位的方法.     

轨地过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响研究

城市轨道交通的杂散电流会导致周边金属设施发生不同程度的电化学腐蚀,而走行轨对地过渡电阻是控制杂散电流大小的关键。文中通过研究走行轨之间互阻抗的频谱特性,探寻过渡电阻的测量方法。首先建立了地铁钢轨仿真模型,得到了钢轨短接线位置、土壤电阻率、过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响规律,提出了用钢轨互阻抗判别钢轨对地过渡电阻不达标的方法。研究发现:钢轨短接线将影响低频段互阻抗的频谱特性,短接线离测量点越近,其影响越大,短接线距注入点500 m时测量频率需要达到4 k Hz以上;土壤电阻率对钢轨过渡电阻频谱特性主要影响在100 kHz以下;通过对比不同频率钢轨互阻抗与50 Hz互阻抗的比例关系,提出在100 kHz及以上时,该阻抗比的值大于18.2时,可以认为其对地过渡电阻小于3Ω·km。文中研究发现可用钢轨互阻抗的频谱特性检测钢轨对地过渡电阻,为城市轨道交通过渡电阻的检测提供了新的思路。     

直流牵引供电系统电流跨区间传输对钢轨电位影响

直流牵引供电系统普遍存在钢轨电位过高的问题,现有模型仿真结果一般远小于现场实际值。对多区间多列车并列运行情况下电流跨区间传输现象进行分析,理论研究了电流跨区间传输对钢轨电位的影响。通过广州地铁8号线现场测试,验证了跨区间传输电流所占列车总牵引电流比例增加时,会导致钢轨电位增大。根据直流牵引供电系统实际特性,建立多供电区间多列车的钢轨电位动态分析模型,仿真分析了列车动态运行下直流牵引供电系统电流跨区间传输现象,对比分析不同电流跨区间传输情况下钢轨电位变化。现场测试及仿真结果表明,有效避免电流跨区间传输可大大降低线路钢轨电位幅值。     

计及回流系统设备行为过程的钢轨电位动态仿真

为控制杂散电流与钢轨电位,钢轨电位限制装置(OVPD)、连接装置(CD)等设备广泛运用于轨道交通运营线路,直流牵引供电系统中的钢轨电位异常问题越来越引起重视.回流系统设备的状态切换会造成钢轨电位动态分布发生显著变化.建立回流系统等效电路模型时不应只考虑正线,也应当考虑段场以及回流设备的行为过程.为此,该文建立OVPD和...