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原文传递 城市轨道交通杂散电流分布特性及仿真研究
论文题名: 城市轨道交通杂散电流分布特性及仿真研究
关键词: 城市交通;电气化铁路;杂散电流;电流分布
摘要: 城市轨道交通大多采用直流系统供电,钢轨兼作为回流轨,由于钢轨不可能完全绝缘于道床结构,必然会向道床、区间隧道及桥梁等结构泄漏电流,产生直流杂散电流。直流电具有很强的电化学腐蚀特性,会对系统的金属结构和埋地金属管道等造成腐蚀,这种腐蚀具有长期、隐蔽和突发的特点,一旦产生事故将会非常严重,必须给予足够的重视。随着城市轨道交通的大力发展,杂散电流危害突显,针对轨地过渡电阻不均匀、多区间多机车、轨地绝缘、导体参数等,研究杂散电流的分布,可为城市轨道交通中杂散电流防护及监测的设计提供理论依据,对实际工程中杂散电流的减少具有重要意义。
  本文介绍了牵引供电系统、牵引负荷、腐蚀机理和收集系统,为了分析不同结构下回流系统的杂散电流分布,建立了多种不同结构的模型,详细推导了解析公式,修补了计算式普遍存在的不足之处,给出了双边供电的计算方法,发现双边供电的杂散电流和钢轨电位明显少于单边供电,且考虑牵引变电所和机车位置存在对地电阻时,杂散电流分布不再理想。利用推导出的基本公式,给出了当区间过渡电阻为分段且为固定值时的杂散电流计算方法,分析了在固定位置每段具有不同轨地过渡电阻以及固定每段过渡电阻值和突变段长度而改变位置两种情况下的杂散电流分布,结果表明过渡电阻的突变减小必然会增大杂散电流。采用CDEGS的MALZ模块,建立了与前面计算模型相对应的导体结构仿真模型,并将仿真结果与计算结果进行了比较。同时,针对单区间双机车和双区间双机车的情况,对杂散电流进行了仿真研究。结果表明:CDEGS仿真结果与计算值有相同的分布规律;在结构比较简单时,吻合度很高,但对于复杂的三层导体结构,结构钢筋与排流网的结果都相差很大,这是因为置于相同混凝土结构中的结构钢筋电阻比排流网小很多;区间过渡电阻分布不均匀时的仿真结果与计算基本吻合,根据仿真结果计算出的过渡电阻与设定值基本重合;针对多区间或多机车情况进行仿真,发现在变电所、机车这些位置存在一个等效电阻。针对一些影响杂散电流的因素,通过改变模型的参数或空间导体布置仿真分析杂散电流,仿真发现钢轨涂层电阻率是影响过渡电阻的主要因素;过渡电阻越小,泄漏电流越多,排流网电位也越大,但不影响钢轨电位;排流网导体的空间结构分布对其收集效果影响很小;钢轨电阻对钢轨电流泄漏的影响很大,阻值越小,泄漏的电流越少,但几乎不影响排流网的收集效果;增大排流网截面积或设置专用的杂散电流收集电缆可以有效降低排流网电位。
作者: 李嘉成
专业: 轨道交通电气化与信息技术
导师: 朱峰
授予学位: 硕士
授予学位单位: 西南交通大学
学位年度: 2017
正文语种: 中文
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