在直流牽引供電系統中采用阻斷式連接，地表電位梯度可降低46.53%

　　隨著直流牽引供電系統的普及，雜散電流干擾問題不斷升級。為研究雜散電流的干擾程度，本文采用聯合仿真方法，提出高效的分層模型，成功還原實測結果。此外，我們還探討了采用阻斷式連接方案將直流牽引供電系統的正線與段場相連，從而降低了附近土壤的地表電位梯度，使其降低了46.53%。

　　研究背景 直流牽引供電系統雜散電流問題由來已久，且日益凸顯。在地鐵列車實際運行過程中，多列車移動負荷隨時間動態變化，引起全線雜散電流動態變化，造成地鐵沿線附近地電位不斷波動。對埋地金屬結構、油氣管道的直流干擾問題逐漸突出。 論文所解決的問題及意義 綜合國內外研究文獻來看，目前的研究主要集中在回流系統建模和雜散電流防護等方面，影響鋼軌電位與雜散電流的因素眾多，但未考慮段場與正線疊加對雜散電流分布和擴散的影響。本文研究綜合考慮段場和正線的多列車復雜運行工況下的雜散電流分布特性和在大地的擴散問題，將回流系統與雜散電流擴散模型進行聯合仿真。 論文方法及創新點 1、回流系統鏈式電路模型

　　圖1 牽引供電系統回流鏈式電路模型 回流系統通過分布參數與集中參數進行等效替換，建立回流系統鏈式電路模型，采用節點電壓法進行供電計算，得到線路跨區間鋼軌電位和雜散電流泄漏分布。 2、分層介質擴散模型

　　圖2 雜散電流在分層介質中的擴散模型

　　為了研究正線和段場動態雜散電流在土壤的電位分布，建立雜散電流在分層介質中的擴散模型。地鐵雜散電流在雙層介質中的擴散模型如圖2 所示。第一層介質為混凝土層，鋼軌置于混凝土層表面，排流網在混凝土層;第二層介質為土壤層。

　　軌道交通回流系統雜散電流源包括沿線正線排流網向地中泄漏的電流和段場作為點電流源向地中泄漏的電流。基于點電流源在分層介質中的地電位分布，采用疊加原理，可以得到正線和段場泄漏的雜散電流在任意土壤層位置的電位分布。 3、實例驗證

　　圖3 實驗原理圖

　　圖4 采用既有單導地電位梯度

　　圖5 采用阻斷式連接方案 為研究計算方法的有效性，通過國內某地鐵線路實測驗證了聯合仿真模型在單導電流、、地表電位梯度的有效性。 結論 以中國實際地鐵工程為例，采用該文模型對段場的雜散電流和附近土壤地表電位梯度的現場測試進行過程還原，實測與仿真結果誤差在8.46%以內。直流牽引供電系統正線與段場之間采用阻斷式連接方案，可使得附近土壤的地表電位梯度降低46.53%。 團隊介紹

　　劉煒，副教授，博士生導師，主要從事城市軌道牽引供電系統理論與仿真研究，再生制動能量利用，雜散電流及軌電位研究等。

　　周林杰，碩士研究生，主要研究方向為城市軌道牽引供電系統理論與仿真研究，雜散電流與軌道電勢理論與控制研究。

　　本工作成果發表在2023年第16期《電工技術學報》，論文標題為“直流牽引供電回流系統與雜散電流擴散的聯合仿真模型”。本課題得到四川省自然科學基金資助項目的支持。

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