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。     

兼顾杂散电流防护的新型钢轨电位限制装置应用实施

当前,国内城市轨道交通多采用钢轨电位限制装置 (OVPD)来抑制钢轨电位,过高的钢轨电位通常引起OVPD频繁通断、长期合闸,导致杂散电流泄漏量明显增加.为此提出一种兼顾杂散电流防护的新型 OVPD,并在南宁轨道交通1号线进行试点安装.测试、分析结果表明该新型 OVPD 不仅能实现钢轨电位抑制,还能有效减少杂散电流泄漏量.     

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。     

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。     

直流动态杂散电流在分层介质中的扩散模型

为了研究直流牵引供电系统杂散电流的干扰范围和影响程度,将回流系统分布式电路等效为集中电路,建立牵引供电系统集中等效电路,采用节点电压法进行系统潮流计算,基于潮流计算结果,建立全线杂散电流随时间动态分布模型;采用叠加原理建立动态杂散电流在层状介质中的扩散模型,利用Prony法进行求解,与CDEGS软件仿真结果进行对比,地电位计算误差在8.66％以内.国内某地铁线路列车采用6B编组,最大速度80km/h,发车间隔2min,混凝土电阻率为0.503Ω·km,土壤电阻率为38.9Ω·m,埋地金属结构与地铁线路距离50m时,钢轨过渡电阻值提高至40Ω·km以上,或钢轨过渡电阻值为5.31Ω·km时,埋地金属结构与地铁线路的距离增大至0.25km以上,沿线大地电位梯度小于2.5mV/m;缩短供电距离,能降低杂散电流干扰.     

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。     

地铁轨道局部绝缘损坏下动态杂散电流及地电位梯度建模与分析

地铁轨地绝缘损坏会导致过渡电阻降低,造成泄露地电流激增、地电位梯度升高等问题。首先,针对轨道局部绝缘损坏下沿轨过渡电阻呈连续分布的特性,提出并建立了轨地过渡电阻区段分布模型。然后引入列车快速牵引策略,构建了完整牵引周期的杂散地电流动态分布模型及地电位梯度模型,并基于分布参数理论将连续分布的电流等效为若干离散分布的点电流源。最后利用复镜像法求解格林函数的方法,计算分析全线动态杂散电流分布和动态地电位梯度分布。通过CDEGS软件对比验证了模型的准确性与优越性。算例结果表明,保持加速、减速区域较高的绝缘性能是降低直流牵引供电系统对附近地电位梯度影响以及减小土壤环境直流干扰的关键。     

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...     

地铁钢轨电位限制装置与排流柜配合研究

钢轨电位限制装置和排流柜已用于全国各地在运行地铁,当轨电位升高致钢轨电位限制装置合闸时,会导致杂散电流泄漏量明显增加,需要排流柜投入使用,而当排流柜投入排流时,又会造成轨电位的升高。因此更有效地优化控制钢轨电位限制装置与排流柜,能有效降低轨电位,减小杂散电流的影响。文章对多区间内两个牵引变电所中两个钢轨电位限制装置与排流柜的投入与否情况下轨电位及杂散电流变化进行分析,优化钢轨电位限制装置与排流柜的配合使用方法。     

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。     

牵引变电所地返回电流及接地网电位抬升研究

分析了交流电气化铁路中牵引回流在钢轨和地中的分布,推导了流经牵引变电所接地网的地返回电流和接地网电位抬升。在PSCAD/EMTDC环境下搭建牵引供电系统仿真模型,研究了钢轨大地间泄漏电导、大地电阻率和牵引变电所接地网接地电阻对地返回电流及地网电位抬升的影响。研究结果表明,地返回电流和地网电位抬升受钢轨大地泄漏电导和接地网接地电阻影响较大,受大地电阻率影响较小。     

交直流双流制轨道交通钢轨电位特性研究

交直流双流制轨道交通存在供电制式过渡区段,导致其与单一供电制式的牵引回流特性存在差异,影响了不同区段钢轨电位的分布。基于CDEGS软件构建了交直流牵引回流互扰模型,充分考虑了正常工况下发车密度和泄漏电阻影响,揭示了双流制供电系统“车-轨”电气匹配特性。针对故障越区供电工况,研究了交直流牵引回流和钢轨电位分布规律。结果表明,发车密度增大则交流区段牵引回流增加,导致钢轨复合电位增大;交流区段泄漏电阻越大,则交流区段钢轨复合电位越高;越区供电则交直流区段牵引回流的相互干扰程度增强,导致钢轨复合电位增大。通过在交流区段设置贯通地线和减小回流线横连间距改变牵引回流结构,避免钢轨电位超标,为双流制线路健康管理与高效运维提供了参考。     

钢轨电位限制装置优化控制

钢轨电位限制装置已用于全国各地在运行地铁,观测已运行地铁发现,在运行过程中轨地电压总保持较高数值,这导致牵引变电所OVPD时刻保持合闸状态,这一状况导致了杂散电流泄漏量明显增加,增大了杂散电流产生的危害。因此更有效地优化控制OVPD,能有效降低轨地电位,减小杂散电流的影响。文章对单区间、多区间内两个牵引变电所中两个OVPD断开和合闸不同情况下的轨电位变化分别进行了分析,通过仿真分析对比结果,得到一种更为合理的钢轨电位限制装置控制策略。     

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.     

城市轨道交通直流牵引供电系统模型及其仿真研究

针对城市轨道直流牵引供电系统仿真,采用由接触网、钢轨、杂散电流收集网和大地组成的四层网络模型,将全线直流牵引网模拟成一个的动态网络.整流机组采用多段折线的外特性模型,通过迭代试算的方法确定其工作区间,较地仿真直流牵引供电系统接触网、钢轨和杂散电流收集网电位、泄漏电流以及变电所负荷曲线等.     

一种高速铁路贯通地线断线故障定位方法

结合电路和空间电位分布原理,提出了一种高速铁路贯通地线断线故障定位方法。根据扼流变压器的位置对贯通地线进行区段划分,并通过监测信号电缆护层接地电流变化来确定断线区段。向故障区段钢轨首端注入一定电流,通过测量贯通地线上方的地表电位精确定位断线故障点。采用CDEGS仿真平台搭建高速铁路综合接地系统模型进行验证,仿真结果表明所提出的方法能较精确定位断线点。     

随地铁共同敷设高压电缆外表杂散电流研究

随着城市的快速发展,城市地下空间日趋紧张,利用市政公用隧道敷设高压电缆在世界范围内已经被广泛采用。近年来,随着以地铁为代表的城市交通大规模规划建设,利用地铁富余空间敷设电缆高压具有广阔的发展前景。在以直流供电系统供电的轨道交通中,作为回流通路的轨道往往不能做到对地完全绝缘,这就导致了一部分电流泄漏形成杂散电流,敷设于轨道附近的电缆外表导电层中同样会产生杂散电流。杂散电流会对随地铁敷设的高压电缆产生腐蚀,从而给电缆的长期安全稳定运行带来严重的危害。以南京地铁为例,依据地铁隧道工程图建立了地铁隧道内电阻分布的网络拓扑结构,并通过Matlab建模仿真对比了机车在单边供电和双边供电、加排流网和不加排流网以及排流网两端与轨道相连和排流网两端与电缆相连等不同工况下的杂散电流的分布情况,同时指出了杂散电流带来的危害以及必要的防护措施。     

轨地过渡电阻对电网地铁杂散电流分布影响分析

为研究轨地过渡电阻对电网中地铁杂散电流分布的影响,提出了在多层分区土壤下地铁与电网的杂散电流耦合模型以及交流电网模型。首先,基于实测土壤数据建立多层分区土壤模型,通过CDEGS软件建立贵阳市某地铁线路和片区电网耦合模型。然后,在考虑地铁列车运行工况的同时,仿真分析了轨地过渡电阻变化对地铁杂散电流和变压器中性点直流电流分布的影响。最后,结合实际电网参数,根据所提耦合模型变压器中性点流入电流的仿真结果设置外部直流电源输入,进而借助PSCAD/EMTDC软件构建贵阳市某片区电网杂散电流分布模型。仿真结果表明,轨地过渡电阻减小会增大变压器中性点、输电线路以及变压器励磁绕组中的杂散电流。     

绝缘局部损坏下地铁杂散电流分析

简述杂散电流产生机理,建立均匀电阻下杂散电流分布的数学模型,分析杂散电流的分布规律。地铁运行多年后,走行轨对地可能发生绝缘损坏,走行轨纵向电阻值和走行轨对地过渡电阻值可能发生变化,运用Matlab软件进行仿真,仿真结果显示在绝缘局部损坏下,绝缘损坏处杂散电流将显著增大。