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%。     

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。     

城市轨道交通工程杂散电流腐蚀防护研究

城市轨道交通直流牵引供电不可避免地会带来杂散电流泄漏问题,造成地铁自身混凝土结构钢筋、地铁钢轨及附件、周边埋地金属管道、周边建筑物主体结构钢筋等腐蚀穿孔,以及对人身安全造成威胁。从杂散电流的产生、危害、既有治理和监测方案、改进治理措施等入手进行分析和阐述,对城市轨道交通工程杂散电流腐蚀防护具有十分重要的意义和作用。     

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。     

城市轨道交通长线路杂散电流仿真模型

为准确高效的计算城市轨道交通长线路杂散电流,文中基于CDEGS软件提出一种长线路杂散电流仿真建模方法。该方法将线路中的纵向并联金属结构等效为一根纵向导体,有效减少模型纵向导体数量,降低模型导体分段节点总数,提高纵向导体对分段间距的适应能力,在满足工程需要的精度的前提下,提高长线路杂散电流分布仿真精度。同时,在相同线路长度及模型导体分段间距条件下,本文所提模型与传统四层导体结构杂散电流仿真模型相比,仿真结果相似度大于0.99,纵向导体分段节点总数减少约75%,仿真计算时间缩短98%,验证了模型有效性及其在仿真效率上的优势。最后根据深圳市某轨道交通线路拓扑结构,建立长线路杂散电流仿真模型,并分析了列车运行工况和轨道局部绝缘性能下降对杂散电流分布的影响。     

关于地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁的分析与研究

本文中作者分析了一起地铁杂散电流引起的220kV变压器直流偏磁问题,对杂散电流产生的特点、原因、流入电网的方式及对变压器的影响进行了研究。     

多列车运行下地铁杂散电流建模仿真

杂散电流会侵蚀地铁沿线埋地金属管道和钢筋混凝土结构进而降低建筑物的强度和耐久性。现有的杂散电流分布模型由于多是单一列车驱动且边界条件为一个或两个变电站,存在模型结构简单且边界条件与实际情形有较大区别等缺陷,致使其仿真结果与实测值存在较大误差。文中将列车及变电所等效为直流源共同对地注入电流,再从杂散电流分布特性出发,基于契合实际状况下的"行车轨道—排流钢筋结构—金属网—大地土壤"四层地网结构方法,利用微元等值电路推出单注入源作用下大地电气量的分布模型,接着将各个单独注入源作用结果进行叠加,得到整条线路上电气量的分布模型。基于成都地铁线路数据,利用所提多列车杂散电流分布模型对全线杂散电流进行编程仿真,预测其在整条线路上的分布,对地铁杂散电流前期施工及后期防护提供参考。     

地铁杂散电流引起变压器直流偏磁抑制方法

针对城市地铁运行时泄漏的杂散电流会引起沿线变压器直流偏磁问题,提出一种基于碳化硅PiN二极管的偏磁抑制方法。首先,建立杂散电流分布模型并采集现场地电位实测数据,明晰了地铁运行下城区整体大地电位的数值分布特点。然后利用碳化硅PiN二极管在直流电压和故障电流下的电压阻断能力及电流导通特性,提出了基于碳化硅PiN二极管的变压器直流偏磁抑制电路结构与工作流程。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了城市电网110kV变电站主变直流偏磁仿真模型,验证了偏磁抑制方法故障电流导通能力和偏磁直流抑制效果。仿真结果表明：电网故障时,偏磁抑制方法瞬时导通,继电保护迅速动作跳闸;变压器实施偏磁抑制后,中性点直流电流被阻隔,磁滞回线、一次侧绕组电流及励磁电流畸变率降低,直流偏磁得到有效抑制。     

城市轨道交通杂散电流治理的综述与评估

杂散电流会造成电气化交通系统附近金属结构腐蚀,该现象在普遍采用直流牵引供电的城市轨道交通中尤为突出.该文分别对城市轨道交通新建线路和运营阶段的现有线路的杂散电流治理和防护措施进行讨论.对设计阶段的新建线路而言,可采用包括优化牵引变电所位置、减小轨道纵向电阻、在道床中安装杂散电流收集系统等措施.对处于运营阶段的现有线路而言,除了采取在走行轨上并联线缆或走行轨间焊接均流线等以增大回流路径截面积措施外,通过电力电子的静止变换器(如负阻变换器等)控制回流路径杂散电流的方法也是极具潜力的治理措施;上述单元可以部署在特定点,以实现对轨道电位过高或出现初期腐蚀位置处的定点治理.     

用于分析土壤结构对直流偏磁电流影响的简化网架模型

直流偏磁电流的大小受多种因素的影响,其中土壤结构是其中最重要的因素之一,为了更准确地分析高压直流输电系统单极大地回线运行时土壤结构对变压器直流偏磁电流的影响,提出了一种简化的网架模型用于分析不同土壤结构对直流偏磁电流的影响。首先以直流输电规程中的计算方法对本文方法进行了验证,并分析了几种不同土壤模型下直流偏磁电流的变化情况。结果表明：基于本文模型所得结果与现有研究关于土壤结构对直流偏磁电流的影响情况趋势一致,本文采用的简化网架模型能够为土壤结构对直流偏磁电流的影响提供定性和定量的参考。     

直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗模型及验证

直流偏磁状态下,电力变压器的附加损耗显著增加,试验测量得到的变压器空载损耗不能充分表征铁心实际损耗。为正确评估变压器铁心可能出现的过热问题,有必要建立其准确的数学模型。该文在Jiles-Atherton基本磁滞模型的基础上,从能量平衡原理出发,考虑铁心在交流状态下的涡流损耗和异常损耗,建立了合理可逆磁化系数条件下,以磁通密度作为输入量的铁心动态磁滞损耗模型。利用遗传算法提取试验变压器铁心在正常工作条件下的动态模型参数,并用于对不同幅值直流偏磁电流作用下的铁心损耗进行仿真计算。将计算结果与试验结果进行对比,发现二者吻合较好,说明该动态模型能较好的描述直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗,验证了模型的正确性和实用性。     

变电站分层土壤模型构建对土壤电阻率测量深度的要求

采用接地系统辅助设计软件包CDEGS,通过对变电站分层土壤模型下地网接地电阻、散流特性仿真计算,研究了模型构建深度对地网接地电阻计算误差的影响,并提出了构建模型所需的合理测量范围及深度。     

直流电流密度对土壤电阻率的影响

高压直流输电系统的接地电流在1 000 A以上,为确保直流接地系统的安全运行,该文对直流电流密度与土壤电阻率的关系进行了研究。首先,利用多孔介质模型分析直流条件下土壤的导电机制,得出土壤电阻率的计算公式以及直流电流密度对土壤电阻率的影响规律。然后设计相应的实验进行定量分析,认为离子携带的总电荷数|zi|Ci以及离子迁移能力mi是影响土壤电阻率的主要因素,这种影响可以按直流电流密度的大小分为3个区段,第1个区段内土壤电阻率不随电流密度变化;第2个区段内土壤电阻率随电流密度增大而快速上升;在第3个区段,土壤电阻率随着电流密度的上升而快速下降。文中对造成这种现象的原因进行解释,并建立简化数学模型,该模型可以对不同直流电流密度下的土壤电阻率进行近似计算。     

地铁中杂散电流对给排水管道腐蚀的探讨及其防护措施

根据地铁杂散电流对地下埋设的给排水管道发生阳极氧化的电化学腐蚀机理,从理论上上计算分析了杂散电流对给排水管道的腐蚀,结合实际经验对地铁给排水设计中如何减少杂散电流对管道的腐蚀提出了具体的建议和措施.     

基于定子电流法监测无刷直流电动机转子动态偏心的故障模型仿真研究

基于Ansoft／Maxwell设置动态偏心故障,建立求解电机电感和磁链的有限元模型,通过仿真,证明了将感应电机动态偏心故障的特征频率经过简化后,同样适用于无刷直流电动机。基于Ansoft／Simplorer建立无刷直流电动机系统的仿真模型。在电机稳态运行下,对定子电流进行傅里叶分析,研究并建立基于定子电流监测动态偏心故障的仿真模型：动态偏心故障与特征频率的关系、动态偏心故障程度与特征频率幅值的关系。进而研究了无刷直流电动机稳态运行时转速波动对偏心故障监测的影响。仿真结果表明,转子偏心程度加大,特征频率的幅值增加。     

多层水平土壤对交流电网直流分布的影响

直流输电入地电流在交流系统内分布,对变压器和电网造成不良影响。为探讨多层水平土壤情况下直流分布的规律,建立了直流分布的完整计算模型,通过数值计算分析了直流极的简化处理方法案和4层水平土壤对直流分布的影响。计算结果表明:在变电站距离大于10倍直流极尺寸的情况下可以用点电流源代替具体的直流极;场参数的求解是本模型关键,直流模型的场参数实质就是互阻,大型交流电网直流分布不能忽略变电站间互阻的影响;变电站接地电阻和地电位分布均受到大地参数作用呈现一致变化,但受影响程度不同,两者对交流电网总体直流分布的作用相反,造成直流分布呈现非线性变化;大地参数变化至一定程度时不会明显直流分布改变。