在直流牵引供电系统中采用阻断式连接，地表电位梯度可降低46.53%

　　在直流牵引供电系统中采用阻断式连接，地表电位梯度可降低46.53%

　　随着直流牵引供电系统的普及，杂散电流干扰问题不断升级。为研究杂散电流的干扰程度，本文采用联合仿真方法，提出高效的分层模型，成功还原实测结果。此外，我们还探讨了采用阻断式连接方案将直流牵引供电系统的正线与段场相连，从而降低了附近土壤的地表电位梯度，使其降低了46.53%。

　　研究背景 直流牵引供电系统杂散电流问题由来已久，且日益凸显。在地铁列车实际运行过程中，多列车移动负荷随时间动态变化，引起全线杂散电流动态变化，造成地铁沿线附近地电位不断波动。对埋地金属结构、油气管道的直流干扰问题逐渐突出。 论文所解决的问题及意义 综合国内外研究文献来看，目前的研究主要集中在回流系统建模和杂散电流防护等方面，影响钢轨电位与杂散电流的因素众多，但未考虑段场与正线叠加对杂散电流分布和扩散的影响。本文研究综合考虑段场和正线的多列车复杂运行工况下的杂散电流分布特性和在大地的扩散问题，将回流系统与杂散电流扩散模型进行联合仿真。 论文方法及创新点 1、回流系统链式电路模型

　　图1 牵引供电系统回流链式电路模型 回流系统通过分布参数与集中参数进行等效替换，建立回流系统链式电路模型，采用节点电压法进行供电计算，得到线路跨区间钢轨电位和杂散电流泄漏分布。 2、分层介质扩散模型

　　图2 杂散电流在分层介质中的扩散模型

　　为了研究正线和段场动态杂散电流在土壤的电位分布，建立杂散电流在分层介质中的扩散模型。地铁杂散电流在双层介质中的扩散模型如图2 所示。第一层介质为混凝土层，钢轨置于混凝土层表面，排流网在混凝土层;第二层介质为土壤层。

　　轨道交通回流系统杂散电流源包括沿线正线排流网向地中泄漏的电流和段场作为点电流源向地中泄漏的电流。基于点电流源在分层介质中的地电位分布，采用叠加原理，可以得到正线和段场泄漏的杂散电流在任意土壤层位置的电位分布。 3、实例验证

　　图3 实验原理图

　　图4 采用既有单导地电位梯度

　　图5 采用阻断式连接方案 为研究计算方法的有效性，通过国内某地铁线路实测验证了联合仿真模型在单导电流、、地表电位梯度的有效性。 结论 以中国实际地铁工程为例，采用该文模型对段场的杂散电流和附近土壤地表电位梯度的现场测试进行过程还原，实测与仿真结果误差在8.46%以内。直流牵引供电系统正线与段场之间采用阻断式连接方案，可使得附近土壤的地表电位梯度降低46.53%。 团队介绍

　　刘炜，副教授，博士生导师，主要从事城市轨道牵引供电系统理论与仿真研究，再生制动能量利用，杂散电流及轨电位研究等。

　　周林杰，硕士研究生，主要研究方向为城市轨道牵引供电系统理论与仿真研究，杂散电流与轨道电势理论与控制研究。

　　本工作成果发表在2023年第16期《电工技术学报》，论文标题为“直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散的联合仿真模型”。本课题得到四川省自然科学基金资助项目的支持。

本文标签：