在直流牽引供電系統(tǒng)中采用阻斷式連接，地表電位梯度可降低46.53%

　　隨著直流牽引供電系統(tǒng)的普及，雜散電流干擾問題不斷升級。為研究雜散電流的干擾程度，本文采用聯(lián)合仿真方法，提出高效的分層模型，成功還原實測結(jié)果。此外，我們還探討了采用阻斷式連接方案將直流牽引供電系統(tǒng)的正線與段場相連，從而降低了附近土壤的地表電位梯度，使其降低了46.53%。

　　研究背景 直流牽引供電系統(tǒng)雜散電流問題由來已久，且日益凸顯。在地鐵列車實際運行過程中，多列車移動負荷隨時間動態(tài)變化，引起全線雜散電流動態(tài)變化，造成地鐵沿線附近地電位不斷波動。對埋地金屬結(jié)構(gòu)、油氣管道的直流干擾問題逐漸突出。 論文所解決的問題及意義 綜合國內(nèi)外研究文獻來看，目前的研究主要集中在回流系統(tǒng)建模和雜散電流防護等方面，影響鋼軌電位與雜散電流的因素眾多，但未考慮段場與正線疊加對雜散電流分布和擴散的影響。本文研究綜合考慮段場和正線的多列車復(fù)雜運行工況下的雜散電流分布特性和在大地的擴散問題，將回流系統(tǒng)與雜散電流擴散模型進行聯(lián)合仿真。 論文方法及創(chuàng)新點 1、回流系統(tǒng)鏈式電路模型

　　圖1 牽引供電系統(tǒng)回流鏈式電路模型 回流系統(tǒng)通過分布參數(shù)與集中參數(shù)進行等效替換，建立回流系統(tǒng)鏈式電路模型，采用節(jié)點電壓法進行供電計算，得到線路跨區(qū)間鋼軌電位和雜散電流泄漏分布。 2、分層介質(zhì)擴散模型

　　圖2 雜散電流在分層介質(zhì)中的擴散模型

　　為了研究正線和段場動態(tài)雜散電流在土壤的電位分布，建立雜散電流在分層介質(zhì)中的擴散模型。地鐵雜散電流在雙層介質(zhì)中的擴散模型如圖2 所示。第一層介質(zhì)為混凝土層，鋼軌置于混凝土層表面，排流網(wǎng)在混凝土層;第二層介質(zhì)為土壤層。

　　軌道交通回流系統(tǒng)雜散電流源包括沿線正線排流網(wǎng)向地中泄漏的電流和段場作為點電流源向地中泄漏的電流。基于點電流源在分層介質(zhì)中的地電位分布，采用疊加原理，可以得到正線和段場泄漏的雜散電流在任意土壤層位置的電位分布。 3、實例驗證

　　圖3 實驗原理圖

　　圖4 采用既有單導(dǎo)地電位梯度

　　圖5 采用阻斷式連接方案 為研究計算方法的有效性，通過國內(nèi)某地鐵線路實測驗證了聯(lián)合仿真模型在單導(dǎo)電流、、地表電位梯度的有效性。 結(jié)論 以中國實際地鐵工程為例，采用該文模型對段場的雜散電流和附近土壤地表電位梯度的現(xiàn)場測試進行過程還原，實測與仿真結(jié)果誤差在8.46%以內(nèi)。直流牽引供電系統(tǒng)正線與段場之間采用阻斷式連接方案，可使得附近土壤的地表電位梯度降低46.53%。 團隊介紹

　　劉煒，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事城市軌道牽引供電系統(tǒng)理論與仿真研究，再生制動能量利用，雜散電流及軌電位研究等。

　　周林杰，碩士研究生，主要研究方向為城市軌道牽引供電系統(tǒng)理論與仿真研究，雜散電流與軌道電勢理論與控制研究。

　　本工作成果發(fā)表在2023年第16期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“直流牽引供電回流系統(tǒng)與雜散電流擴散的聯(lián)合仿真模型”。本課題得到四川省自然科學(xué)基金資助項目的支持。

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