城市轨道交通系统杂散电流的分布规律研究

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都市快轨交通 ・ 第 18卷 第 5期 2005年 10月
由图 2 ( c ) 中进一步得出轨道电流泄漏为
d Is = UG′ ( 3 ) dx 由式 ( 2 ) 对 x 进行求导 ,得出 2 d U d Is ( R s′ ) 2 = + R r′ dx dx 并由式 ( 3 ) 得出 2 dU ( R s′ ) + R r′ 2 = UG ′ dx
小的参数有过渡电阻 、 供电区间长度 、 供电电流 、 轨道 电阻等因素 。对于一个确定的地铁系统 , 供电区间长 度、 供电电流和轨道电阻都是确定的 , 所以下面着重分 析过渡电阻变化对杂散电流的影响 。 我们针对不同的过渡电阻值进行计算 , 结果见图 4。 其中 ,曲线 1 对应的过渡电阻为 10 Ω・ km; 曲线 2 对应
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图 4 不同过渡电阻下的杂散电流分布曲线
4 结语
在我国 ,地铁作为城市重要的交通工具正得到迅 速发展 。由于地铁结构在施工完成后已定型 , 经过若 干年运营后 ,如果因发生迷流腐蚀而要对主体结构进 行翻修将是十分困难的 。因此 , 对地铁迷流的腐蚀及 其防护问题进行研究 , 在前期设计中采取有效地防护 措施 ,具有重要的现实意义 。
( 4)
的 过 渡 电 阻 为 15 Ω ・ km, 这 是 我 国 行 业 标 准 《CJJ 49 —92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 》 中规定 的新建地铁线路最低过渡电阻值 ; 曲线 3 对应的过渡 电阻为 20Ω ・km。对比 3 条曲线可以看出 , 随着过渡 电阻的降低 ,杂散电流值发生大幅度的增加 ,曲线 1 的最 大值是曲线 2 最大值的 1. 39 倍 ,是曲线 3 最大值的 1. 75 倍 ,并且杂散电流值的增加不是线性的 , 而是近似于指 数形式的增加 ,所以在现场如果采取措施提高轨地的绝 缘 ,增加过渡电阻值、 将会有效地降低杂散电流值。
) ; 整流器由 2 个三相 6 脉波全波整流桥组成 , 一 30 °
个整流桥接至整流变压器阀侧 Δ绕组 , 另一个接至 Y 绕组 。
收稿日期 : 2005 03 10 作者简介 : 丁光发 ,男 ,高级工程师 , dinggf2004@ tom. com
图 1 12 脉波整流机组电气原理示意图
摘 要 针对城市轨道交通直流供电系统特点 , 建立 杂散电流的计算模型并进行仿真 , 根据仿真结果分析 各个参数对杂散电流分布规律的影响 , 为系统设计提 供理论依据 。 关键词 直流牵引系统 杂散电流 分布规律 仿真
用
dU = Is R s ′ - Ir R r′ 和 Ir = I - Is ,得出 dx dU ) - IR s′ = Is ( R s′ + R r′ dx ( 2)
都市快轨交通 ・ 第 18卷 第 5期 2005年 10月
学术探讨
城市轨道交通系统 杂散电流的分布规律研究
胡宏亮 王崇林 张栋梁 李国欣
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( 1. 铁道第四勘察设计院 武汉 430063; 2. 中国矿业大学 江苏 徐州 221008; 3. 徐州和纬信电科技有限公司 ,江苏 徐州 221008 )
An Analysis on the D istribution Regularities of Stray Current in U rban Rail Transit System
Hu Hongliang W ang Chonglin Zhang Dongliang L i Guoxin
1 2 2 3
750 V , 牵 引 整 流 机 组 采 用 等 效 24 脉 波 整 流 接 线
方式 。
24 脉波整流是由 2 套六相 12 脉波整流机组组
合而成 , 图 1 为 12 脉波整流机组电气原理示意图 。 由图 1 可知 , 12 脉波的整流机组由整流变压器及 整流器各一台组成 。 整流变压器的阀侧有两组绕组 , 一组采用 Y 连 接 , 另一组采用 Δ 连接 , 它们的线电压有效值相 等 , 阀侧绕组同名端线电压的相位差为 2π /12 (电角度为
α , 则钢轨上距变电所 x G′
R r′ A B ( 8) sinhαx + coshαx + I Z Z Rs ′ + R r′ 在排流网上 ,距变电所 x 处的电流 Ir 为 Rs ′ A B ( 9) Ir = sinhαx coshαx + I Z Z Rs ′ + R r′ 在位置 x 处的杂散电流 Iq′ 为 d Is ( 10 ) Iq ′ = = UG ′ = AG ′ coshαx + B G sinhαx dx 当采用双端供电时 ,设供电区间全长 M , 机车距左 Is =
设 α= 由式 ( 4 ) 可得
dU 2 2 -αU = 0 dx
2
( R s′ ) G′ + R r′
( 5) ( 6) ( 7)
这个二阶齐次微分方程的通解为 U = A coshαx + B sinhαx 常数 A 和 B 取决于边界条件 。 设 Z= 处的电流为
( R s′ ) / G′ + R r′ =
Abstract: Based on the characteristics of the DC power system in urban rail transit, a numerical calculating model of stray current is set up and sim ulated. According to the sim ulation result, the influence of each parameter on distribution regularities of stray current is analyzed, which w ill p rovide theoretical foundation for the system design. Key words: DC traction system; stray current; distribution regularities; sim ulation
。
2 杂散电流的分布规律
假设机车位置和电流值是已知的 , 以 1 台牵引机 车为例 ,建立机车运行的数学模型 。将这个空间上近 似的连续问题简化为平面的连续问题 , 建立单端供电 的连续模型 ,如图 1 所示 。 根据基尔霍夫第一定律 ,Σ U = 0,从图 2 ( b)中得出
Is R s ′ d x + U - Ir R r′ d x - ( U + dU ) = 0
参考文献
[ 1 ] CJJ 49 —92 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 [ S ]. 北京 :
侧回流点位置 L ,在机车两侧分别求解 , 此时两侧电流 与距离成反比 ,即
M -L L I1 = I I2 = I M M
( 11 )
求解过程同上 。 我们按上述模型编写了计算机程序进行仿真 , 相 关的参数根据有关规定来确定 , 得出杂散电流的分布 规律如图 3 所示 。
收稿日期 : 2005 02 28 修回日期 : 2005 06 02 作者简介 : 胡宏亮 ,男 ,大学本科 ,工程师 , 主要从事轨道交通供电设 计研究 , xg hhl@ sina. com
( 1)
图 2 直流牵引供电系统任一点 x 处的电流分布
URBAN RAP I D RA I L TRANSIT
[ 4 ] 张孝雨 . 地铁杂散电流分析及排流网截面计算 [ J ]. 城市
3 影响杂散电流的因素分析
根据上面的理论推导可以得出 : 影响杂散电流大
轨道交通研究 , 2005 ( 2).
责任编辑 : 郭 洁
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都市快轨交通 ・ 第 18卷 第 5期 2005年 10月
( 1. The Fourth Survey and Design Institute of China Railway, W uhan 430063; 2. China University of M ining and Technology, Xuzhou, J iangsu 221008; 3. Xuzhou Hewei Xindian Science and Technology Co. , L td. , Xuzhou, J iangsu 221008 )
学术探讨
牵 引 整 流 器 压 仓 电 阻 的 作 用 及 计 算
丁光发
(武汉市轨道交通有限公司 武汉 430030 )
摘 要 阐述牵引整流器压仓电阻的主要作用 , 并介 绍其简易计算方法 。 关键词 整流器 压仓电阻 过电压 计算
武汉市轨道交通 1 号线的直流牵引标称电压为
[1 4 ]
Rs ′ — 轨道单位长度电阻 ,Ω / km; R ′ 结构钢单位长度电阻 ,Ω / r—
km; R — 单位长度过渡电阻 ,Ω / km; I— 机车牵引电流 , A; Is —
钢轨回流电流 , A; Ir — 结构钢回流电流 , A; L — 机车距变电所 距离 , km。
图 1 直流牵引供电系统简化模型
1 杂散电流产生的机理及危害
在设计地铁和轻轨时 , 走行轨兼作负回流线 。这 样的设计选择具有一定的经济优势 , 但是有必要考虑 其中所包括的不利因素 。轨道与地之间不可能完全绝 缘 ,并且随着地铁运营时间的推移 , 由于各种不可避免 的污染 、 潮湿 、 渗漏水等因素影响 , 使地铁车站及区间 隧道中原来良好的轨地绝缘性能降低 , 许多先期防护 措施也随着时间的推移而逐渐失效 , 从而增大了由走 行轨泄漏到周围介质中的杂散电流 。杂散电流会引起 或加速位于轨道附近的金属结构物的电流腐蚀 , 尤其 是钢筋混凝土结构物需要严格监控 , 以防混凝土框架 在杂散电流的腐蚀作用下被破坏
中国计划出版社 , 1993.
[ 2 ] GB 50157 —2003 地铁设计规范 [ S ]. 北京 : 中国计划出版
社 , 2003.
[ 3 ] 电气化铁道接触网 (规划与施工 ) [M ]. 中铁电气化局集
图 3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 杂散电流分布规律示意图
团有限公司译 . 北京 : 中国电力出版社 , 2004: 512 526.