专利名称：

发明

一种地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法

申请公布号：

CN117852236A

申请公布日：

2024-04-09

申请号：

2022112135362

申请日：

2022-09-30

申请人：

长沙理工大学,国网山西省电力公司太原供电公司,

地址：

410114 湖南省长沙市天心区万家丽南路2段960号

发明人：

倪砚茹,曾祥君,喻锟,唐雨杭,程新翔,卓超,韩炜,药炜,

分类号：

G06F30/20(2020.01);G06F17/16(2006.01);G06F17/13(2006.01);G06F113/04(2020.01);G06F111/10(2020.01);G06F113/08(2020.01);

专利代理机构：

长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114

代理人：

颜勇

最终专利权人：

摘要：

本发明公开了一种地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，方法包括：将多区间、多列车的地铁运营线路等效为多时变电源电阻网络模型，计算钢轨电位实时分布；由钢轨电位分布和轨地过渡电阻，计算入地杂散电流微元，根据地铁线路地理信息，基于点电流源电场的空间数值积分实现杂散电流引起的地电位分布计算；构建机车全周转时间运行状态矩阵，实现机车全周转时间内的杂散电流引起的地中任意点的动态电位计算；根据电网内变压器所处大地电位，结合变压器及输电线路等效电阻，即可计算流过接地变压器杂散电流的大小。本发明实现了地铁杂散电流引起的地电位动态波动范围数值评估，为变电站选址、变压器直流偏磁抑制、埋地金属腐蚀防治等提供参考。

权利要求书：

1.一种了地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将多区间、多列车的地铁运营线路等效为多时变电源电阻网络模型，计算某一时刻的钢轨电位实时分布；步骤2，由步骤1得到的钢轨电位分布，结合轨地过渡电阻，计算入地杂散电流微元，根据地铁线路地理信息，基于点电流源电场的空间数值积分计算杂散电流引起的地电位分布；步骤3，根据地铁全周转时间内的机车位置变化情况，结合反应时间与机车牵引电流变化关系的机车取流特性，构建机车全周转时间运行状态矩阵，计算机车全周转时间内杂散电流引起的地中任意点的动态电位。2.根据权利要求1所述的地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，所述步骤1中，将区间内的机车等效为直流电流源Itr，电源数值为机车的实际牵引电流；牵引变电所等效为电压源Uqy与电阻Rjc串联，电压源数值为牵引变电所电压，电阻Rjc为牵引变电所等效电阻，可由地铁短路试验计算获取；由此计算注入回流地网的各等效电流源ISi，i∈[1,m+n]，n为所有牵引变电个数，m为所有在线机车个数。3.根据权利要求2所述的地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，所述步骤1中，建立基于“钢轨—排流网—结构钢筋—大地”四层地网电阻网络结构，将计算的各等效电流源ISi共同注入该电阻网络结构，计算钢轨电位UGsi(x)分布；基于基尔霍夫电压、电流定律，得微元电路微分方程组为：式中，UGsi(x)、UPsi(x)、UMsi(x)、IGsi(x)、IPsi(x)、IMsi(x)分别为等效电流源Isi作用下待求钢轨、排流网及结构钢筋的电压与电流；RG、RP、RM、RD分别为钢轨、排流网、结构钢筋和大地的单位长度纵向电阻；g1、g2、g3分别为钢轨、排流网、结构钢筋与大地之间的过渡电导；微元电路微分方程组的解为通解加一特解，即：式中，f为一特解；λ1～λ6为系数矩阵P的特征值，[a1i a2i a3i a4i a5i a6i]T为λi的特征向量；c1～c2为初始条件决定的常系数，初始条件为：根据(1)～(3)，计算直流电流源作用下Isi全线钢轨电压UGsi(x)的分布。4.根据权利要求3所述的地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，所述步骤2中，根据钢轨电位分布UGsi(x)，结合轨地过渡电阻Rg，将沿线入地杂散电流等效为非均匀散流线源并进行微分，如式(4)所示：5.根据权利要求4所述的地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：根据步骤2得到的入地杂散电流微元dI，由各牵引变电所和机车的地理空间位置，沿各供电区间长度积分，计算该段区间内杂散电流引起的地电位分布；任意两相邻牵引变电所的地理位置为Sub1(xk,yk,zk)和Sub2(xk+1,yk+1,zk+1)，机车位置为Loc1＝(xi,yi,zi)，该供电区间内的地电位分布为：式中，L1和L2分别为机车距离牵引变电所的距离和供电区间距离；cosθk和sinθk分别为地铁线路与水平方向和垂直方向的夹角；h为杂散电流等效线源埋深。6.根据权利要求1所述的地铁杂散电流引起动态地电位分布计算方法，其特征在于，所述步骤3中，根据步骤1和步骤2计算某一时刻杂散电流引起的地电位分布，进一步以地铁全周转时间为一循环周期，计算全周期内电位分布的波动区间数值；构建机车全周转时间运行状态矩阵TS＝[ts1，ts2，…，tsh，…，tsd‑1，tsd]，即式中，th表示地铁全周转时间内某一时刻h的所有机车位置和相应的牵引电流，h∈[1,d]，d为将地铁全周转时间以一定时间间隔离散后的总刻度数，xj、yj、zj和Ij表示全线某一机车所处位置及牵引电流，m为所有在线运营机车数量，j∈[1,m]；利用构建的机车全周转时间运行状态矩阵TS，获取相应的时刻下的机车位置信息，即可计算机车全周转时段内的杂散电流引起的地电位分布。7.根据权利要求1～6中得到的动态地电位分布计算接地变压器杂散电流的方法，其特征在于，流过接地变压器的杂散电流IT为：式中，电网内相连的接地变压器所处大地电位V1(x,y,z)和V2(x,y,z)，RT1、RT2为接地变压器等效内阻，RL为输电线路等效电阻RL。

主视图

日期	最新法律状态	描述
2024-04-09	公开	公开