随着轨道交通迅猛发展,地铁杂散电流泄漏问题日益严重。截止目前已有多个城市出现由地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁问题,针对地铁杂散电流对城市片区电网的影响讨论正逐步成为热点。由于城市片区电网中地铁杂散电流分布特性尚不明确,其引起变压器直流偏磁的优化抑制研究少有涉及,基于片区电网的直流偏磁全局治理思路与抑制效果有待进一步突破,因此本文通过建立城市片区电网中地铁杂散电流分布仿真模型并结合实测数据分析,研究地铁杂散电流在城市片区电网的分布特性。最后根据所得结论研究地铁杂散电流引起变压器直流偏磁的优化抑制方法。为明晰地铁杂散电流在城市片区电网的分布,本文基于PSCAD/EMTDC电磁仿真平台,建立城市片区电网中地铁杂散电流分布仿真模型。分别给出220kV及以上电压等级变电站的等效建模方法、110kV及以下电力系统的等效处理方法、等效负载的计算方法、大地分布网络的等效模拟、输电线路及避雷线等效模型、地铁杂散电流入侵等效方法等。最后根据各变压器中性点直流电流实测数据进行模型的验证与分析。结论表明,该模型可用于城市片区电网中地铁杂散电流分布规律及影响因素研究。根据城市片区电网中地铁杂散电流分布仿真模型,研究地铁杂散电流在城市片区电网的分布特性。基于变压器中性点直流电流的实测数据,分析地铁杂散电流与地铁运行的相关性及电网合环运行方式对地铁杂散电流分布的影响。仿真结果表明,输电线路、避雷线及大地中存在地铁杂散电流;变压器漏抗或附近大地电阻率减小时,变压器中性点直流电流增加;避雷线标称面积改变及电压波动对地铁杂散电流的分布影响微弱,但电压升高使得变压器直流偏磁现象更加严重;含自耦变压器的片区电网直流偏磁治理研究需进行全局综合考虑。实测数据分析表明,城市片区电网中地铁杂散电流的幅值与地铁运行客流密度高度相关,地铁杂散电流的波动及频谱与列车发车间隔周期存在关联,电网的合环运行方式使得地铁杂散电流入侵城市电网更加严重。为实现变压器直流偏磁的优化抑制,本文根据城市片区电网中地铁杂散电流分布规律及特征,以治理效果满足情况下隔直装置安装数量最少为目标,通过有效建立目标函数,得出电容隔直装置的优化配置方案。方案考虑了电容隔直装置影响下的地铁杂散电流分布概率。通过算例分析表明,方案对变压器直流偏磁的治理取得良好效果并且节省了成本;通过中性点直流不同限定值下的优化抑制方案研究,进一步验证了该算法的有效性与合理性;通过与传统治理方案的对比分析表明,该方法可进一步提高由地铁杂散电流引起变压器直流偏磁的治理效率。