CN115407113A - 一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，应用于地铁埋地管道，包括如下步骤：S1、采用多导体传输线模型描述牵引线路，对电路模型单元进行离散化处理；S2、计算得到管道电位变化与不同土壤的关系；S3、计算对应本次抽样的机车位置、机车吸收的电流对埋地管道上直流牵引线的杂散电流干扰。本发明将杂散电流预测问题转化为具有统计性质的问题，可得到较为精确的预测值，为地铁运行维护提供便利。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通建设技术领域，涉及一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法。
背景技术
随着我国经济的持续发展，城镇化基础设施建设也越来越快，市民对于出行的便捷性与快速性需求大幅上升，城市轨道交通建设就显得尤为重要。城市地铁因为其方便出行的特点，已经成为市民出行的首选，地铁直流牵引***对城市经济发展，缓解交通拥堵起着十分重要的作用。地铁直流牵引***在运行中会产生杂散电流，杂散电流会对周围的金属结构、通信管线、埋地管道产生电化学腐蚀，会造成金属结构腐蚀失效造成严重的安全事故，因此对杂散电流的监测十分重要，在事故发生前进行有效的措施，以防止后果严重的安全事故。
在杂散电流区域的长金属结构(通常是管道)，在结构上可以分为两种“区域”来接收部分杂散电流：分别是杂散电流进入的阴极区和杂散电流离开结构的阳极区。在阳极区，由于杂散电流存在着腐蚀的危险。这种风险与管道相对于当地土壤的正电势变化成正比，一些标准提出了不可超过的限制，以使其最小化。因此，为了防止由于杂散电流引起的腐蚀风险，重要的是估计这种管道电势变化。
本专利中提出基于蒙特卡罗算法预测杂散电流对管道的影响。在一般的列车运行过程中，机车位置和取流不可能完全相关，本专利中将这些量视为独立的随机变量，其特点是在与上述量的变化范围相吻合的区间内定义适当的概率分布，使用蒙特卡罗算法来预测埋地管道上直流牵引线的杂散电流干扰，以计算杂散电流产生的直流干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，因影响地铁杂散电流的参数众多，不同的参数组合会对杂散电流干扰的预测产生较大影响，通常的杂散电流预测方法对输入参数要求较高，本发明采用蒙特卡罗算法，可以在尽可能减少输入参数的前提下，获得较为精确的杂散电流预测值。当地铁机车沿牵引线路段运行时，轨道的杂散电流具有很强的随机特性。因此，管道上受到的杂散电流干扰也会呈现随机特性，现使用蒙特卡罗算法将杂散电流预测问题转化为具有统计性质的问题，可得到较为精确的预测值，为地铁运行维护提供便利。
本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中多导体传输线模型；
图2为本发明蒙特卡罗算法的执行程序；
图3为本发明实施例位置关系图；
图4为本发明管道电位偏移相对于管道不同位置关系图；
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：
如图1所示，以单轨牵引线由一个变电站馈送的情况为例，处理一根长度为2公里、内径54.5mm、电阻率为100Ω·m、与土壤绝缘的钢管，采用3mm的聚乙烯涂层，涂层的电导为6.65×10-3S/km，该管道无接地点，在50米的距离内平行于由一个变电所供电的约11.27公里的铁路线路段，该线路段位于渐进S＝0公里处，轨道电导为0.25S/km，轨道电阻为1.865×10-2Ω/km，传播常数为6.83×10-2km-1，沿着这条线路，有一辆机车，吸收了[0,800A]范围内的电流。
步骤1：采用多导体输电线路模型来描述牵引线路，对电路模型单元进行离散化处理；
步骤2：多导体电路供了每个单元中每个导体上流动的纵向电流
(i＝1,2,...,n和k＝1,2,...,m)的值，以及每个离散点上每个导体的电位Vi k(i＝1,2,...,n和k＝1,2,...,m+1)。以计算第i点的泄漏电流为例，与土壤接触的第i个导体(通常是轨道)，其单位长度的电导率gi，第k点的单位长度泄漏电流
为：
步骤3：根据与牵引线导线有关的漏电电流分布知识，计算出土壤中第i点产生的电位，其公式为：
其中，ρ为土壤电阻率，Nl为与土壤接触的牵引线导线数量，Si为第i个导体的横坐标；
步骤4：由管道电位偏移的函数关系，计算得到管道电位变化与不同土壤的关系，其公式为：
ΔUp＝Vp-Vs
其中Vp为管道电位，Vs为管道涂层电压与土壤界面的接地电位之和，即Vs可以分为一次贡献V′(x,y,z)和二次贡献V″(x,y,z)，其计算公式如下：
V′(x,y,z)＝Vsc(x,y,z)；
其中，Ilp(s)为由管道进入土壤的单位长度泄漏电流，(xp(s),yp(s),±h)为管道轴上各点相对于土壤界面的坐标。
步骤5：通过改变如图3所示的参数b(变电所与管道的距离)的值(b＝0km(位置A)，b＝4.635km(位置B)，b＝9.27km(位置C))，进行三个不同系列的蒙特卡罗计算，利用步骤2、3、4中所建立的模型，计算对应本次抽样的机车位置、机车吸收的电流对埋地管道上直流牵引线的杂散电流干扰；
步骤6：判断算法执行次数是否达到1000，若尚未结束，则返回步骤2继续进行，否则转入下一步；
步骤7：计算、统计埋地管道上直流牵引线的杂散电流干扰(即管道电位偏移)的概率分布参数和概率分布，得到管道电位偏移相对于管道不同位置的平均值，利用matlab生成图像，如图4所示，由图4可以看出，更容易暴露于腐蚀风险的管道区域是最靠近变电站的区域，其特征在于最高水平的正电势偏移。沿管道的阳极(正电位偏移)和阴极(负电位偏移)区域的位置由变电站、机车和管道的相互配置决定，在位置A和B，统计上占优势的配置是:变电站-管道-机车，而在位置C，统计上占优势的配置是:变电站-机车-管道。因影响地铁杂散电流的参数众多，不同的参数组合会对杂散电流干扰的预测产生较大影响，通常的杂散电流预测方法对输入参数要求较高，本发明采用蒙特卡罗算法，可以在尽可能减少输入参数的前提下，获得较为精确的杂散电流预测值。当地铁机车沿牵引线路段运行时，轨道的杂散电流具有很强的随机特性。因此，管道上受到的杂散电流干扰也会呈现随机特性，现使用蒙特卡罗算法将杂散电流预测问题转化为具有统计性质的问题，可得到较为精确的预测值，为地铁运行维护提供便利。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，应用于地铁埋地管道，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用多导体传输线模型描述牵引线路，对电路模型单元进行离散化处理；
S2、计算得到管道电位变化与不同土壤的关系；
S3、计算对应本次抽样的机车位置、机车吸收的电流对埋地管道上直流牵引线的杂散电流干扰。
2.根据权利要求1所述的一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，其特征在于，所述S1中的多导体传输线模型表示n个平行导体的通用***，当n＝2时，牵引线路通过m个单元链离散化，m个单元对应m+1个离散点，2个平行导体代表两个轨道。
3.根据权利要求1所述的一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、多导体传输线模型提供了每个单元中每个导体上流动的纵向电流
值(i＝1,2,...,n和k＝1,2,...,m)，以及每个离散点上每个导体的电位Vi k值(i＝1,2,...,n和k＝1,2,...,m+1)，计算出第i点的泄漏电流，与土壤接触的第i个导体(通常是轨道)，其单位长度的电导率gi，第k点的单位长度泄漏电流
为：
S22、计算出土壤中某一点通用点产生的电位，其公式为：
其中ρ为土壤电阻率，Nl为与土壤接触的牵引线导线数量，Si为第i个导体的横坐标；
S23、由管道电位偏移的函数关系，计算得到管道电位变化与不同土壤的关系，管道点位偏移计算公式为：
ΔUp＝Vp-Vs
其中Vp为管道电位，Vs为管道涂层电压与土壤界面的接地电位之和，即Vs可以分为一次贡献V′(x,y,z)和二次贡献V″(x,y,z)，其计算公式如下：
V′(x,y,z)＝Vsc(x,y,z)
Ilp(s)＝gpVp(s)
其中Ilp(s)为由管道进入土壤的单位长度泄漏电流，(xp(s),yp(s),±h)为管道轴上各点相对于土壤界面的坐标。
4.根据权利要求1所述的一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S31：选取N对(Ii,Si)(i＝1,2，…，N)，分别表示机车吸收的电流和机车位置；
S32：管道电位偏移ΔUp沿着对应于随机值对(Ii，Si)的管道路线的计算；对N对(Ii，Si)中的每一对重复上述的计算，获得随机的机车吸收电流和机车位置与管道电位偏移ΔUp的对应关系；
S33：程序输出N个值，得到与表示其自身随机变量ΔUp相关的N个值，
即统计分布f(ΔUp)。
5.根据权利要求4所述的一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，其特征在于，所述S31中的值(Ii,Si)是随机值，且均匀分布，机车位置在研究的铁路区段内。
6.根据权利要求1所述的一种预测杂散电流对直流牵引线干扰程度的方法，其特征在于，所述牵引线路的钢管长度为2公里、内径54.5mm、电阻率为100Ω·m、且与土壤绝缘。
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| CN110750880A (zh) * | 2019-09-28 | 2020-02-04 | 徐州中矿传动轨道科技有限公司 | 一种埋地管道地铁杂散电流腐蚀防护方法 |
| CN114491928A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-05-13 | 国网山西省电力公司太原供电公司 | 基于复杂土壤模型的地铁杂散电流引起变压器偏磁直流计算方法 |
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| 赵书华;李晓;王树立;霍达;黄从明;赵梦杰;: "埋地管道直流杂散电流腐蚀及防护的研究进展", 材料保护, no. 05, 15 May 2020 (2020-05-15), pages 130 - 135 * |
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