一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法，其至少包括如下步骤：步骤S10，收集列车轨道的具体空间分布信息与轨道横截面的信息，将列车轨道网格化，建立轨道交通的基本接地模型；步骤S11，在接地导体表面加涂层，将过渡电阻等效为导体涂层，以涂层模型体现轨道的漏电特性；步骤S12，根据列车牵引运行特性历遍所有的运行位置和牵引电流工况，使用节点电压法计算杂散电流分布，从而形成整个轨道区段的杂散电流分布曲线。实施本发明专利技术，可以快速准确地获得整个轨道区段的杂散电流分布曲线。散电流分布曲线。散电流分布曲线。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法


[0001]本专利技术涉及杂散电流监测
，特别是涉及一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通牵引系统供电有直流和交流两种制式，目前我国多以直流供电形式为主。轨道交通牵引供电系统为列车的行驶和照明/空调设备提供电能。直流供电形式的城市轨道交通系统在绝大部分的情况下需要借助轨道作为供电电流的回流通道。理想状态下轨道交通系统的回流轨对地是严格绝缘的。实际上，回流轨不可避免地产生泄漏电流，牵引电流自钢轨流入周围土壤，然后又从大地流回至走行轨，最终回到牵引变电所。泄漏入地中的这部分电流成为杂散电流。
[0003]入侵交流电力系统的杂散电流会引起接地网腐蚀问题。除此之外，入侵杂散电流会导致接地运行的大型电力变压器处于直流偏磁状态。变压器出现剧烈振动、噪声增大、温度异常升高，甚至导致变压器局部热点和机械松动，严重威胁城市供电系统的安全运行，同时也带来噪声扰民问题。监测数据表明，我国多地出现了此类现象。随着直流地铁系统逐渐网络化和高密度化，地铁负载大幅提升，不断增加的杂散电流给城市电网带来新的挑战。
[0004]在轨道交通系统全年持续运行情况下，轨道—大地(简称“轨地”)绝缘因积污、腐蚀和磨损而变差甚至失效，极大加剧了杂散电流泄漏。然而，轨道交通杂散电流的大小、位置和流动方向在时间和空间上都是不可预测的。因此，目前要建立杂散电流仿真模型并非易事。
[0005]针对轨道交通杂散电流分布理论模型，国内外主要采用电路或电磁场理论进行建模，再借用MATLAB、CDEGS和PSCAD等工具求解。蔡力和朱峰等人主要分析了轨道交通轨地过渡电阻对杂散电流分布特性的影响，利用CDEGS计算软件计算杂散电流的大小和分布。另外，由于电力系统接地软件CDEGS的引入使得计算得到了有效的保障。但是杂散电流有一个很重要的特性，就是与列车的牵引特性紧密相关，而目前的研究仅限于电路模型，由于工作量和仿真方法的限制，目前没有办法在CDEGS中进行建模。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法，可以快速较准确地获得整个轨道区段的杂散电流分布曲线。
[0007]为解决上述技术问题，作为本专利技术的一方面，本专利技术提供一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法，其至少包括如下步骤：
[0008]步骤S10，收集列车轨道的具体空间分布信息与轨道横截面的信息，将列车轨道网格化，建立轨道交通的基本接地模型；
[0009]步骤S11，在接地导体表面加涂层，将过渡电阻等效为导体涂层，以涂层模型体现轨道的漏电特性；
[0010]步骤S12，根据列车牵引运行特性历遍所有的运行位置和牵引电流工况，使用节点电压法计算杂散电流分布，从而形成整个轨道区段的杂散电流分布曲线。
[0011]优选地，所述步骤S10进一步包括：
[0012]步骤S100，收集列车轨道的具体空间分布信息与轨道横截面的信息，包括：收集大范围的轨道地理分布、轨道截面的结构和尺寸、金属导体的布置形式；
[0013]步骤S101，将列车轨道的长轨道按照接地建模处理方法剖分为一系列的细分导体支路和节点；
[0014]步骤S102，根据节点和支路的形成关系、轨道交通网络的杂散电流流向，获得节点电压列向量V
N
和支路电流列向量I
B
，根据支路电压V
B
与节点电压的关联矩阵A、支路压降D
B
与节点电压V之间的关联矩阵B，获得支路电压V
B
以及支路压降D
B
；
[0015]步骤S103，获得轨道支路的互电导矩阵G
b
和轨道的导通阻抗矩阵Y
b
。
[0016]优选地，所述步骤S11进一步包括：
[0017]步骤S110，在接地导体表面加涂层，模拟单位长度轨道的过渡电阻R
D
，计算涂层电阻率ρ
eq
；
[0018]步骤S111，根据所述涂层电阻率ρ
eq
修改轨道支路的互电导矩阵G
b
。
[0019]优选地，所述步骤S12进一步包括：
[0020]S120，根据轨道交通的牵引电流全路径模型，运用节点电压法，定义节点注入电流列向量F；
[0021]S121，获得电流列向量F的计算公式；
[0022]S122，根据列车牵引运行特性历遍所有的运行位置和牵引负载电流，根据所述电流列向量F的计算公式计算每一位置杂散电流，从而形成整个轨道区段的杂散电流分布曲线。
[0023]优选地，在所述步骤S102中包括：
[0024]定义节点电压列向量V
N
和支路电流列向量I
B
：
[0025][0026][0027]其中，V1至V6为各节点的电压，I1至I4为各支路的电流；
[0028]令A和B分别是支路电压V
B
与节点电压的关联矩阵、支路压降D
B
与节点电压V之间的关联矩阵，有
[0029][0030][0031]其中，对支路电压与节点电压的关联矩阵B，应根据支路和节点之间的关联关系确认支路编号所在行对应的节点位置的元素为0.5，本行内其他不相关的节点元素大小为0；对支路压降与节点电压的关联矩阵A，应根据支路和节点之间的电流流向确认支路编号所在行对应的节点位置的元素大小，其中电流流入方向对应的节点元素为1，电流流出方向对应的节点元素为
‑
1，本行内其他节点元素大小为0。
[0032]优选地，所述步骤S103进一步包括：
[0033]轨道支路的互电导矩阵G
b
为互阻矩阵M
R
的逆阵：
[0034][0035]其中，M
R
与轨道段支路的具体位置和土壤的格林函数模型有关，其元素计算表达式为：
[0036][0037][0038]M
R
(i,j)＝0,1≤i≤2,1≤j≤4
ꢀꢀ
(8)
[0039]式中，dB为支路B上的微段，dB
″
表示支路dB的截面几何中心，p函数为空间位置函数，g为格林函数；式(6)表述的是两个支路之间的电场耦合，式(7)表述的是支路自身的电场耦合；
[0040]在均匀土壤的情况下式(6)和式(7)中格林函数的表达式：
[0041][0042]式中，ρ为等效的大地电阻率，dist函数为求两点距离的函数，dB
′
j
表示dB
j
关于地面的镜像；
[0043]Y
b
与轨道支路的材料参数和长度有关，其对角线元素不为0，其他元素为0；对角线元素通过下式(10)获得：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法，其特征在于，至少包括如下步骤：步骤S10，收集列车轨道的具体空间分布信息与轨道横截面的信息，将列车轨道网格化，建立轨道交通的基本接地模型；步骤S11，在接地导体表面加涂层，将过渡电阻等效为导体涂层，以涂层模型体现轨道的漏电特性；步骤S12，根据列车牵引运行特性历遍所有的运行位置和牵引电流工况，使用节点电压法计算杂散电流分布，从而形成整个轨道区段的杂散电流分布曲线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S10进一步包括：步骤S100，收集列车轨道的具体空间分布信息与轨道横截面的信息，包括：收集大范围的轨道地理分布、轨道截面的结构和尺寸、金属导体的布置形式；步骤S101，将列车轨道的长轨道按照接地建模处理方法剖分为一系列的细分导体支路和节点；步骤S102，根据节点和支路的形成关系、轨道交通网络的杂散电流流向，获得节点电压列向量V
N
和支路电流列向量I
B
，根据支路电压V
B
与节点电压的关联矩阵A、支路压降D
B
与节点电压V之间的关联矩阵B，获得支路电压V
B
以及支路压降D
B
；步骤S103，获得轨道支路的互电导矩阵G
b
和轨道的导通阻抗矩阵Y
b
。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S11进一步包括：步骤S110，在接地导体表面加涂层，模拟单位长度轨道的过渡电阻R
D
，计算涂层电阻率ρ
eq
；步骤S111，根据所述涂层电阻率ρ
eq
修改轨道支路的互电导矩阵G
b
。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S12进一步包括：S120，根据轨道交通的牵引电流全路径模型，运用节点电压法，定义节点注入电流列向量F；S121，获得电流列向量F的计算公式；S122，根据列车牵引运行特性历遍所有的运行位置和牵引负载电流，根据所述电流列向量F的计算公式计算每一位置杂散电流，从而形成整个轨道区段的杂散电流分布曲线。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤S102中包括：定义节点电压列向量V
N
和支路电流列向量I
B
：
其中，V1至V6为各节点的电压，I1至I4为各支路的电流；令A和B分别是支路电压V
B
与节点电压的关联矩阵、支路压降D
B
与节点电压V之间的关联矩阵，有矩阵，有其中，对支路电压与节点电压的关联矩阵B，应根据支路和节点之间的关联关系确认支路编号所在行对应的节点位置的元素为0.5，本行内其他不相关的节点元素大小为0；对支路压降与节点电压的关联矩阵A，应根据支路和节点之间的电流流向确认支路编号所在行对应的节点位置的元素大小，其中电流流入方向对应的节点元素为1，电流流出方向对应的节点元素为
‑
1，本行内其他节点元素大小为0。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括：轨道支路的互电导矩阵G
b<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶焯，肖黎，赖振宇，赖运河，杨丰阁，李姝玉，牛犇，郝越，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：