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从轨道交通开始进入人们日常生活开始,由于它的节省能源、占地面积小、运送客流量大、全天24小时运行、带来的污染小以及安全性很高等特点,它逐渐成为人们出行的主要交通工具。轨道交通大量进入人们的生活,它给人们的生活带来巨大便利的同时,也带来了非常巨大的隐藏危害。轨道交通在运行过程中会产生比其它交通工具更大的振动,以及产生很大的噪声污染。更为严重的是,由于轨道交通一般采用直流大电流供电,并且采用走行轨道作为电流供电回路,在机车运行时,轨道会对大地形成电位差,因而必将从轨道向大地泄露电流,即杂散电流。杂散电流对地下钢结构具有非常大的危害,它能锈蚀掉城市建筑的结构钢筋,锈蚀架设在轨道下面的结构钢,给人们的生命财产带来极大的安全隐患。因而及时采取有效的监测排流措施排掉从钢轨泄露下来的杂散电流极为重要。
本文首先对地铁列车在直流供电模式下,分含有排流网和不含排流网两种情况,对列车运行时电流流动回路进行了电路分析。在分析的基础上建立列车运行时变电所,列车,轨道,大地的联合电路模型。在电路模型中对列车运行时轨道电压分布,轨道电流分布,轨道下泄电流分布和杂散电流的泄露过程分别进行研究。在研究的基础上分析推导轨道电压,轨道电流,轨道下泻电流和杂散泄露电流的数学分布模型。然后在MATLAB中对联合电路模型和上述各电学参数的数学分布模型进行仿真。接着在电路仿真和数学仿真分析的基础上提出一套实际有效的地铁杂散电流排流算法。
对提出的杂散电流排流算法,本文最后分别在MATLAB环境中和实验室搭建的模型上对其进行验证调试。实验室搭建的模型主要由监测装置,传感器,排流柜和电阻网络四个部分构成。监测装置,传感器,排流柜的主控电路板由单片机控制。最后两个验证结果都很好的说明了该排流算法在理想情况下有很好的排流效果。