直流牽引回流系統異常軌電位產生機理及限制方法研究

《直流牽引回流系統異常軌電位產生機理及限制方法研究》是依託中國礦業大學，由李國欣擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：直流牽引回流系統異常軌電位產生機理及限制方法研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：李國欣
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

針對直流牽引回流系統目前普遍存在但現有直流穩態恆參數模型無法解釋的異常軌電位問題，分析鋼軌作為大截面、形狀極不規則、由鐵磁材料組成的導體，在流過大小變化劇烈、方向不恆定直流牽引電流時的暫態特性，研究集膚效應和飽和特性對鋼軌暫態電阻和內電感的影響及與道床和隧道結構鋼筋網路間的互感對回流系統阻抗的影響，在原有直流穩態模型結構中引入電感、電容並以時變參數替代恆定參數後建立考慮牽引電流變化情況的回流系統暫態參數模型，構造模型的數值求解方法，通過模型求解和參數靈敏度分析研究軌電位的分布規律和異常軌電位的產生原因、影響因素並提出可行的限制方法，減少軌電位限制裝置動作次數，進而減小雜散電流，為乘客和地下金屬結構的安全提供保障。

結題摘要

直流牽引供電系統在捷運、輕軌和工礦企業具有廣泛套用，我國目前正處於城市軌道交通的高峰發展時期，直流牽引系統的安全可靠運行是對城市軌道交通的基本要求。對於直流牽引回流系統的參數分析、軌電位限制方法、雜散電流腐蝕控制及其相關問題的研究具有十分重要的意義。 直流牽引回流系統由鋼軌及附屬結構構成，在運行中存在軌電位異常、雜散電流泄漏、絕緣節起弧燒蝕、參數難以測試等問題。回流系統上流過的直流牽引電流由於機車加減速頻繁，大小變化劇烈，並且由於再生制動和機車運動，電流方向也會改變，回流電流是暫態時變變數，其低頻分量含量較大，而回流鋼軌是大截面、形狀極不規則、由鐵磁材料組成的導體，集膚效應和飽和特性對其暫態電阻和內電感具有顯著的影響，與道床和隧道結構鋼筋網路間的互感也會影響回流系統參數，本項目利用等效圓柱體法推導了回流系統暫態參數計算方法並和有限元分析結果進行了對比。測試和計算數據說明，在直流牽引軌電位和雜散電流分析中應考慮回流系統的暫態時變過程，不宜直接採用固定電流和直流電阻性參數進行計算分析。 基於暫態過程的回流系統模型是一偏微分方程組，項目組構造了模型的交錯修正差分疊代格式，計算了疊代格式的穩定性條件，結合實際線路進行了數值計算仿真，計算結果表明暫態模型比穩態模型更符合實際情況，為回流系統的設計和雜散電流評估提供了參考和依據。利用相對靈敏度分析討論了回流系統各個參數對軌電位和雜散電流的影響，根據實際條件提出了通過增大軌地電容限制異常軌電位的方法，仿真結果表明該方法是一個可行的軌電位限制措施。