城市轨道交通直流牵引供电系统杂散电流研究

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城市轨道交通是现代城市交通的重要组成部分,近年来其取得了飞速发展,它在有效缓解城市交通压力、解决城市拥堵问题上发挥着十分重要的作用。城市轨道交通在给人们生活带来便利的同时也会带来诸多问题,其供电方式采用直流牵引供电,走行轨除了起为机车承重和导向作用外,还是牵引电流返回至牵引变电所负极的流通路径。由于走行轨和大地之间不可能完全绝缘,因此导致牵引电流在通过走行轨回流的过程中有部分电流泄漏至大地,从而形成杂散电流。杂散电流会对埋地金属产生电化学腐蚀,影响信号设备的正常工作,危害检修人员的安全。本文首先介绍了国内外城市轨道交通杂散电流的研究现状、牵引供电系统的构成、杂散电流形成过程、电化学腐蚀机理和危害以及杂散电流收集和监测系统。为了进一步明确杂散电流的分布规律,减少其对城市轨道交通安全运行的危害,本文利用CDEGS仿真软件进行了仿真模拟研究。利用该软件中的HIFREQ模块建立了走行轨置于地面之上、轨—地之间呈现离散分布的三维导体网络拓扑结构模型;搭建杂散电流实验测试平台,并将实验测试数据和软件仿真数据进行了对比分析,从而验证了所建立的仿真模型的合理性及正确性。在上述模型的基础上,分析了轨—地结构中不同机车运行情况、不同供电方式对杂散电流分布特性的影响;在轨—排—地模型中研究了当牵引变电所负极直接接地和悬浮接地时对流过道床钢筋电流、走行轨泄漏杂散电流、轨—地电压以及排流网收集效率的影响;在轨—排—埋地金属模型中分析了不同土壤模型对流过埋地金属杂散电流的影响以及泄漏的杂散电流在埋地金属、排流网和大地三者中的占比情况。针对一些影响杂散电流的因素,通过改变模型参数以及空间导体布局后对杂散电流仿真进行了分析,结果表明轨—地过渡电阻是影响杂散电流泄漏的主要因素。当轨—地过渡电阻无限大时,泄漏电流几乎为零;土壤电阻率对杂散电流的影响主要取决于轨—地过渡电阻的大小;走行轨长度大于机车距牵引变电所的距离时将会导致杂散电流增加,在走行轨上合理的安装单向导通装置可以有效的减少杂散电流产生。
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