一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法与流程

本发明属于城市轨道交通技术领域，特别是涉及一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法。

背景技术：

在城市轨道交通牵引供电系统中，每条地铁线路直流牵引网络均由多座直流牵引变电所，上、下行接触网，上、下行走行轨等构成，电能从牵引所整流器正极经馈线电缆、接触网输送给机车，再从机车经钢轨(回流轨)、回流电缆流回整流器负极；其中负荷电流绝大部分经走行轨和回流电缆返回牵引变电所的负极，但有一小部分从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到地铁道床及周围土壤介质中，形成杂散电流。杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流，也被称为“迷流”；杂散电流的危害主要包括以下几个方面：对走行轨及其附件进行腐蚀；对钢筋混凝土结构造成破坏；腐蚀对埋地管线；对人身安全产生威胁；影响电气设备正常工作等。

杂散电流对金属钢轨以及钢筋混凝土结构的腐蚀属于电化学腐蚀，与传统机械磨损不同，电化学腐蚀会破坏材料金属特性，使原有的不稳定单质态将变为更加稳定的化合态，这一过程最终导致金属材料出现断裂、穿孔等现象，影响机车的稳定运行。所以通过对钢轨杂散电流的监测，可及时发现区间段内钢轨异常，便于检修人员进行进一步排查。

综上所述，杂散电流对埋地金属腐蚀、钢轨的影响日益加剧，而现有技术仅能间接反映杂散电流分布情况，无法直接计算出杂散电流的准确数值，导致无法及时有效的实现杂散电流的防护与监测。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的杂散电流通过电化学腐蚀破坏金属钢轨、钢筋混凝土结构以及威胁人身和机车安全的技术难题，实现杂散电流的防护与监测，本发明设计了一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法，具体技术方案如下：

一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法，包括以下步骤：

s1、任意选取地铁线路直流牵引网络中的一组相邻两座直流牵引变电所m和n，并将直流牵引变电所m和n之间的距离设为分析区间；

s2、计算测量出相邻两座直流牵引变电所m和n分析区间内的接触网总电阻rc和走行钢轨总电阻rr；

s3、分别测量出直流牵引变电所m处的供电区对走行钢轨的电压utsm以及供电区对走行钢轨的对地电位utsm，e；

s4、再分别测量出直流牵引变电所n处的供电区对走行钢轨的电压utsn以及供电区对走行钢轨的对地电位utsn，e；

s5、利用馈线电流计算公式得到馈线电流i；

s6、利用走行钢轨电流计算公式得到走行钢轨电流ir；

s7、利用杂散电流计算公式得到杂散电流is。

优选的，所述步骤s2中的接触网总电阻rc的计算公式为：

式中：ρc代表接触网的电阻率，并由其本身性质决定，lc表示接触网的长度，sc表示接触网的横截面积；

所述步骤s2中的走行钢轨总电阻rr的计算公式为：

式中，ρr代表走行钢轨的电阻率，并由其本身性质决定，lr表示走行钢轨的长度，sr表示走行钢轨的横截面积。

优选的，所述步骤s3中的电压utsm为直流牵引变电所m处接触网与走行钢轨的电压差；所述步骤s3中的对地电位utsm，e为直流牵引变电所m处走行钢轨对地的电压差。

优选的，所述步骤s4中的电压utsn为直流牵引变电所n处接触网与走行钢轨的电压差；所述步骤s4中的对地电位utsn，e为直流牵引变电所n处走行钢轨对地的电压差。

优选的，所述步骤s5中的馈线电流i的计算公式为：

优选的，所述步骤s6中的走行钢轨电流ir的计算公式为：

优选的，所述步骤s7中的杂散电流is的计算公式为：

is＝i-ir公式5

优选的，所述杂散电流评估方法需要在无机车运行的区间进行评估计算。

本发明的有益效果：

1.本发明的杂散电流评估方法相比现有技术可直接计算出杂散电流的准确数值，能够及时有效的实现杂散电流的防护与监测，降低杂散电流对设备和人体的侵害。

2.本发明的杂散电流评估方法对应于在走行钢轨区间内没有机车运行时的工况，通过测量相邻牵引所的同步轨电位，并结合钢轨电阻，进而计算出两端供电区间的杂散电流，为地铁运营及检修提供快速准确的理论依据和可视化数据。

附图说明

图1为区间内无机车运行时的杂散电流评估方法的等效原理示意图。

图中：rc为供电区段内的接触网总电阻；rr为供电区段内的走行钢轨总电阻；i为馈线电流；is为杂散电流；utsm为直流牵引变电所m处接触网与走行钢轨的电压差；utsm，e为直流牵引变电所m处走行钢轨对地的电压差；utsn为直流牵引变电所n处接触网与走行钢轨的电压差；utsn，e为直流牵引变电所n处走行钢轨对地的电压差；

1、接触网；2、走行钢轨；3、地线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法

当分析区间内无机车运行时，地铁线路直流牵引网络的杂散电流is评估计算线网等效原理图如图1所示。

一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法，具体包括如下步骤：

s1、任意选取地铁线路直流牵引网络中的一组相邻两座直流牵引变电所m和n，并保证直流牵引变电所m和n间无机车运行，并将直流牵引变电所m和n之间的距离设为分析区间；

s2、接着计算测量出相邻两座直流牵引变电所m和n分析区间内的接触网总电阻rc和走行钢轨总电阻rr；

其中接触网总电阻rc采用如下公式1计算得出：

式中，ρc代表接触网1的电阻率，并由其本身性质决定，lc表示接触网1的长度，sc表示接触网1的横截面积；

走行钢轨总电阻rr采用如下公式2计算得出：

式中，ρr代表走行钢轨2的电阻率，并由其本身性质决定，lr表示走行钢轨2的长度，sr表示走行钢轨2的横截面积。

s3、而后分别测量出直流牵引变电所m处的供电区对走行钢轨2的电压utsm以及供电区对走行钢轨2的对地电位utsm，e；其中，电压utsm为直流牵引变电所m处接触网1与走行钢轨2的电压差；对地电位utsm，e为直流牵引变电所m处走行钢轨2对地的电压差。

s4、再分别测量出直流牵引变电所n处的供电区对走行钢轨2的电压utsn以及供电区对走行钢轨2的对地电位utsn，e；其中，电压utsn为直流牵引变电所n处接触网1与走行钢轨2的电压差；对地电位utsn，e为直流牵引变电所n处走行钢轨2对地的电压差。

s5、接着利用馈线电流计算公式得到馈线电流i；

馈线电流i采用下述公式3计算得出：

s6、再继续利用走行钢轨电流计算公式得到走行钢轨电流ir；

走行钢轨电流ir采用下述公式4计算得出：

s7、最后利用杂散电流计算公式得到杂散电流is。

杂散电流is采用下述公式5计算得出：

is＝i-ir公式5

本发明的杂散电流评估方法基于在某个区间内无机车运行时产生的电压电流干扰，通过测量相邻两个直流牵引变电所的同步轨电压，又因走行钢轨总电阻rr和接触网总电阻rc能够通过电阻定律公式及时获得，故两者的电阻属于已知条件，通过利用欧姆定律公式可有效获得两端供电区间的杂散电流is。该方法在相比现有技术计算强度更低的情况下表现出更加准确的杂散电流计算性能，且不引入任何其它外界因数，为地铁运营及检修提供准确的理论依据和可视化数据。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。