CN109142908B - 一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法及系统，包括：基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。本发明根据最大值或最小值推导并预测出不同运行状态下观测点的电位分布，对无序的轨道交通杂散电流，给出可行的地电位预测值，为运行人员提供参考。

Description

一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法及系统。

背景技术

目前，地铁供电系统基本上采用的是直流牵引供电方式，牵引变电所提供地铁列车需要牵引的电流，先通过架空线或接触轨向地铁列车输送直流电，再通过走行轨回流到牵引变电所。走行轨敷设在混凝土道床上，钢轨理论上对地绝缘安装，但因为施工工艺及绝缘材料性能等原因，钢轨不可能做到对地面完全绝缘。从而导致一部分电流会流到钢轨以外，再由大地流回走行轨并返回牵引变电所，从而形成杂散电流。

实测的结果表明，列车在启动和运行时流入地下的杂散电流值一般要大于100A，杂散入地电流在周边土壤中产生电位分布。土壤中变化地电位的存在将引起一定范围内地下金属部件的腐蚀，并且地电位也可以通过交流接地点入侵交流系统，对交流系统的安全运行产生不利影响。

由于地铁列车运行中不停移动，机车分布也随时间变化，同时轨道的绝缘特性分布不均，因此，土壤电位的分布将随时间和位置而变化，无法精确求解土壤电位的分布数据。因此，为研究轨道杂散电流的影响，评估轨道交通入地杂散电流的电位分布，以确定可能的影响范围和影响程度。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法及系统。

本发明提供的技术方案是：一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法，包括：

基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；

基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；

基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

优选的，所述基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，包括：

基于电阻网络模型确定杂散电流与机车牵引电流之间的线性关系；

基于模拟电荷法确定杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系；

基于所述杂散电流与机车牵引电流的线性关系和所述杂散电流与变电站接地点电位的线性关系，确定机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系；

基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式。

优选的，所述杂散电流与牵引电流之间的线性关系，如下式所示：

式中：I_g：从轨道泄漏到大地的杂散电流；m：划分的轨道分段数量；I(m)：每段轨道上的牵引电流；Rg：单位长度轨地过渡电阻值，R：单位长度走行轨阻抗值；H：供电区间的长度。

优选的，所述牵引电流通过下式计算：

I(m)＝F(k，m)

式中：k：线路上的第k辆机车。

优选的，所述接地点电位与杂散电流之间的线性关系，如下式所示：

式中：φ_q：应用模拟电荷法求得地表以下场域中任意一点q(x，y，z)的电位；δ：沿接地体表面流散的电流密度；ρ_t：土壤电阻率；L：同线路机车间距；R_qp：电流源P点到q点的距离；R'_qp：对应R_qp的镜像；ζ：各介质分界面上的电荷密度；S：各分界面单元面积；ε₀：真空介电常数；

其中，基于所述各介质分界面上的电荷密度与所述各分界面单元面积确定电量；通过所述电量与时间的乘积得到杂散电流。

优选的，所述基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，如下式所示：

φ＝LQ

式中：φ：变电站接地点电位矩阵；L：关联因子矩阵；Q：机车牵引电流矩阵。

优选的，所述变电站接地点电位矩阵，如下式所示：

φ＝[φ₁，φ₂，...，φ_q，...，φ_n]^T

式中：φ_n：变电站接地点电位；φ_q：变电站接地点q(x，y，z)的电位；n：变电站接地点的点数。

优选的，所述机车牵引电流矩阵，如下式所示：

Q＝[I(1)，I(2)，......，I(m)]^T

式中：m：划分的轨道分段数量；I(m)：每段轨道上的机车牵引电流。

优选的，所述基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值，包括：

基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。

优选的，所述基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围，包括：

基于变电站接地点电位的最大值或最小值以及杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系确定杂散电流的影响范围；

基于杂散电流的影响范围和所述变电站接地点电位的最大值或最小值获得杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算系统，包括：

构建模块，用于基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；

第一计算模块，用于基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；

第二计算模块，用于基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

确定模块，用于基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

优选的，所述第二计算模块，包括：

计算单元，用于基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

选择单元，用于从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围，使无序的轨道交通杂散电流，能够给出可行的地电位预测值，为运行人员提供参考，提高运行可靠性。

本发明提供的技术方案，通过搭建轨道车辆的牵引电流与轨道周边一定范围内地电位分布的关系式，基于地铁及电网监测的运行数据，求取激励牵引电流与地电位分布的关联矩阵。

本发明提供的技术方案，针对各种运行工况，对获得的关联矩阵求解，推断轨道周边可能的地电位分布。

附图说明

图1为本发明的计算方法流程图；

图2为本发明的轨道交通杂散电流入地电位分布计算电路图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1

图1，一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法流程图，如图1所示：

一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法，包括：

步骤S1、基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；

步骤S2、基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；

步骤S3、基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

步骤S4、基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

步骤S1、基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，具体包括：

S101、基于电阻网络模型确定杂散电流与机车牵引电流之间的线性关系；

S102、基于模拟电荷法确定杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系；

S103、基于杂散电流与机车牵引电流的线性关系和杂散电流与变电站接地点电位的线性关系，确定机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系；

S104、基于机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系构建关系式。

本实施例中将杂散直流的影响等效为通过分布式电阻网络模型接入的牵引电流源。

轨道交通直流杂散入地电流在土壤中溢散、分流，形成在不同土壤介质中的分层分布式电流场。

作为工程计算，由于地质数据的缺乏，直流电位的求取可以采用一定的简化算法，采用适当的假设条件来简化研究，在此基础上通过理论分析推导出电位分布，同时进行误差分析，以此确定杂散电流的分布情况和影响计算精度的因素。

首先，本实施例计算的假设条件，包括：

1)地铁供电系统及机车供电采用简化的注入电流源模型；

2)金属构件(包括铁轨、导线、接地网等)电阻均为均匀分布；

3)土壤采用分层均匀分布模型。

其次，构建关系式包括：计算杂散电流引起的电位分布规律理论上按杂散电流计算以及变电站接地点电位分布计算两个步骤进行。电位分布计算分为地下及地上两部分，轨道机车按正常运行状态分布于轨道上，各个机车同时作为移动电流源向铁轨注入运行电流，电流值与机车运行状态相关。轨道上按轨道的实际状态设置绝缘薄弱点，杂散电流由此泄漏入地。

S101、基于电阻网络模型确定杂散电流与机车牵引电流之间的线性关系，包括：

由于地铁牵引机车处于运动中，所产生的杂散电流分布及幅值都是变化的，随着机车的数量和环境的变化，轨道交通杂散电流对地电位分布的影响，需由多个多变量方程组描述。

轨道交通的机车分布见下式：

假设在一条地铁线路上，x为线路区间位置，t为时间，k为线路上的第k辆机车，L为同线路机车间距，M为运行机车数量。

单条地铁线路的机车运行位置描述如下：

对于固定地铁线路，运行图基本固定，因此，可以估算出L(t)和M(t)。

对于一个地区的机车运行工况，可针对每一条运行线路的机车，给出运行位置描述。

对未开通的线路，根据牵引负荷的特点，可以利用平均运量法估算机车位置，即列车在线路上是均匀分布的。

对于已开通的运行线路，可以根据机车实际运行图设置机车位置。

机车运行时，机车的牵引电流可以根据机车电气参数、运行状态等进行估算。轨道机车有四种运行方式，即起动、惰行、制动、停车。列车离站时起动加速十几秒带电运行，从牵引网获取大电流，达到预定速度后电流开始下降，运行取流几十秒后列车断电，开始靠惯性惰行，进站前列车可实施制动，向电网反送电，到站停车几秒后又起动，如此周而复始。地铁站间距短，车辆处于频繁的加一减速状态，具有断续、短时过载的负载特性,没有一个恒定运行的速度范围，根据该过程，对于固定的线路区间，该段线路上所有机车的牵引电流与机车数量、机车驱动特性、以及该段线路长度地形等有关。

某段线路区间的机车牵引电流可用下式表示：

I(m)＝F(k，m) (2)

式(2)中，k为线路上的第k辆机车，m：划分的轨道分段数量；F为机车牵引电流函数。

某段线路区间的机车牵引电流可在牵引变电所测量得出。

利用电阻网络模型对杂散电流进行理论分析是目前研究地铁杂散电流的主要方法，该方法将地铁三维立体结构简化为二维平面结构并且将多导体合并为单一导体，根据导体在地铁结构中位置顺序建立多层电阻网络模型。

在固定长度为H的供电区间里，机车的牵引电流为I(x)，根据电阻网络模型，从轨道泄漏到大地的杂散电流I_g大致满足下列关系：

式中，Rg为单位长度轨地过渡电阻值，R为单位长度走行轨阻抗值。

式(1)～(3)表明杂散电流与牵引电流呈线性关系，对于固定的区域及地铁供电系统，影响土壤中某点杂散电流分布的主要因素为：机车数量、位置及机车运动状态，地铁线路轨迹、地形，该点与多条地铁线路的相对位置，轨地过渡电阻，走行轨阻抗等。

S102、基于模拟电荷法确定杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系，包括；

(1)利用模拟电荷法求取电位分布计算的基础函数

模拟电荷法是基于电磁场的唯一性的等效源法。通过将导体表面连续分布的自由电荷或介质分界面上连续分布的束缚电荷用有限的离散化电荷来模拟，求解出原电荷所在周围空间产生的电位强度。

模拟电荷法的基本原理是以电位函数φ为未知量，求解φ的泊松方程或拉普拉斯方程。在分析杂散入地电流在极址周边产生的电位分布时，入地电流可近似看作一个点电流源，如将大地土壤看作为水平分层均匀土壤结构，则点电流源在不同分层媒质中的电位φ分布满足：

式中：φ为媒质中的电位，I为点电流源的电流幅值，ρ_l为第l层土壤的电阻率，δ是狄拉克函数，r为原点到场点的距离。

则应用模拟电荷法求得地表以下场域中任意一点q(x，y，z)的电位φ_q可表示为：

式(6)中，δ：沿接地体表面流散的电流密度；ρ_t：土壤电阻率；L：同线路机车间距；R_qp：电流源P点到q点的距离；R'_qp：对应R_qp的镜像；ζ：各介质分界面上的电荷密度，电荷流动产生杂散电流，基于各介质分界面上的电荷密度与各分界面单元面积确定电量；根据电量与时间的比值得到杂散电流。

介质分界面由两部分组成:s＝s1+s2，s1是土壤与块状基础的分界面，s2是土壤层间的分界面，S是各分界面单元面积；ε₀是真空介电常数。

从式(6)可得，土壤电位与激励源之间呈线性关系。影响土壤电位分布的主要因素是土壤结构，各部分土壤结构的土壤电阻率及土壤电位求取点与激励源之间的位置分布关系等。

S103、基于杂散电流与机车牵引电流的线性关系和杂散电流与变电站接地点电位的线性关系，确定机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系,包括：

由式(1)～(6)，杂散电流在土壤中电位分布与多项数据相关，理论上可以推导计算。实际上由于地铁存在多条线路和机车不断运动导致土壤中某点的杂散电流方向和幅值不断变化，很难推导求得某时刻土壤中某点的杂散电流的理论值，杂散电流呈现出混杂的规律分布，因此，土壤中电位的方向和幅值也随杂散电流的变化而变化，对于工程计算，需要求取的是土壤电位的最大幅值，因此，本实施例根据式(1)～(6)，通过实测数据的积累和理论映射关系，在杂散电流与其影响因素之间建立相关联系，为后续杂散电流引起大地电位分布的计算建立基础。

如图2所示，图中电阻网络中杂散电流在各支路中流通，结合式(1)～(6)轨道交通环境下，土壤中电位与机车牵引功率之间满足线性关系。对于确定的区域以及确定的轨道交通运行环境，与机车数量、机车位置、运动状态有关的机车牵引电流可视为引起土壤电位分布的变化激励量；地铁线路轨迹、轨地过渡电阻、走行轨阻抗、土壤电阻、土壤结构等都可视为土壤电位分布与激励量之间的传变量。

S104、基于机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系构建关系式，包括：

影响土壤中某点地电位分布的主要因素为：激励源的因素，即机车牵引性能、机车数量、位置及其运动状态，电位求取点与多条地铁线路的相对位置等；以及环境因素，环境因素包括：地铁线路轨迹，轨地过渡电阻，走行轨阻抗、土壤电阻、土壤结构等。

因此，土壤电位分布与杂散电流及其相关影响变量的关系可见式(7)：

φ＝LQ (7)

式中，φ＝[φ₁，φ₂，……，φ_n]^T，为土壤电位分布变量矩阵，n为求取的变电站接地点电位分布点数；

Q＝[I(1)，I(2)，……，I(m)]^T，为激励量牵引电流矩阵。

将轨道机车的入地电流对某监测点电位的影响等效为每一段轨道的牵引电流分布对某监测点电位的影响，因此，可将每一段轨道视为一个分布式电流源，m为划分的轨道分段数量，也即激励源数量，I(m)为每段轨道上的牵引电流函数。

L为m×n的关联矩阵，L_ij表示Q_j对φ_i的关联程度，为基于已有的地铁线路轨迹、轨地过渡电阻、走行轨阻抗、土壤电阻、土壤结构等固定环境下，机车所在轨道的牵引电流对接地点电位的影响系数。

由式(7)，可得：

φ^T＝Q^TL^T

L＝((Q^T)^-1φ^T)^T (8)

根据式(8)，利用已知的观测数据，求取矩阵L的元素。然后可以根据L，推导不同运行状态下的电位值。

步骤S2、基于所述关系式、监测到的监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算观测点处的关联因子矩阵，包括：

设置观测点，对轨道交通杂散电流影响范围内的变电站装设接地点电位同步监测设备；

针对固定观测点处根据机车数量及状态的不同，基于同一作业环境实时采集多组地铁列车头班、末班、平峰、高峰时段的牵引电流监测数据以及接地点电位监测数据，各组采集数据之间不存在相关性，以保证正常解；

地铁机车运行在惰行状态时牵引电流为0，因此，可以交替利用各个机车的惰行区间所监测的数据以降低式(7)、(8)解的维度，也可以利用地铁首末班车运行时，线上机车初始运行的监测数据求解。

假设获取到地铁首班车运行时，获取到第一个电位监测点一个时间段内监测的多个电位数据，则根据式(7)，N个电位值对应的z个轨道段的激励均有改变，则以某一辆机车为例，该机车跑完全程的时间假设为T，则在T时间内，该线路所有机车都上线运行，满足以下一组关系式：

式(9)中：φ₁(tz)：固定观测点1处t1到tz采样时刻的接地点电位值；L_1z：固定观测点1地电位与z段轨道激励牵引电流源之间的关联因子；I(z)：z段轨道的列车牵引电流，当该段轨道上的地铁列车均处于惰行状态时牵引电流为0；z：除0以外的自然数。

根据监测的机车牵引电流和变电站接地点电位数据，可推导出L_1z的值。

应用同一季节，同一天气的多次监测的冗余数据反复应用式(7)、(8)、(9)，求取该类气象条件下的多组解，求取L_ij的平均值，作为每列列车的关联因子。

步骤S3、基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。

步骤S4、基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围，包括：

基于变电站接地点电位的最大值或最小值以及杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系确定杂散电流的影响范围；

基于杂散电流的影响范围和所述变电站接地点电位的最大值或最小值获得杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

实施例2

在机车运行过程中，本实施例以某地地铁监测数据为例，各该站点同步监测到的牵引电流数据及求取的观测点电位与牵引电流源之间的关联因子如表1所示：

表1观测点电位、牵引电流监测数据与关联因子求取值

根据表1，求取的关联因子可表示牵引电流源与观测点的影响程度，从强到弱依次为牵引电流3>牵引电流1>牵引电流2>牵引电流5>牵引电流4。

根据求取的关联矩阵，利用监测到的机车牵引电流最大最小值数据，可以推断最不利状态下杂散电流对监测点地电位分布的影响程度，如表2所示。

表2杂散电流引起的监测点地电位分布的最大最小值

基于同一构思本发明还提供了一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算系统，包括：

构建模块，用于基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；

第一计算模块，用于基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式、监测到的机车牵引电流和接地点电位，计算机车牵引电流和变电站接地点电位关系式中的关联因子矩阵；

第二计算模块，用于基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

确定模块，用于基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

实施例中，所述第二计算模块，包括：

计算单元，用于基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

选择单元，用于从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算方法，其特征在于，包括：

所述基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，包括：

基于电阻网络模型确定杂散电流与机车牵引电流之间的线性关系；

基于模拟电荷法确定杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系；

基于所述杂散电流与机车牵引电流的线性关系和所述杂散电流与变电站接地点电位的线性关系，确定机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系；

基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式。所述基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，如下式所示：

φ＝LQ

式中：φ：变电站接地点电位矩阵；L：关联因子矩阵；Q：机车牵引电流矩阵；基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述杂散电流与牵引电流之间的线性关系，如下式所示：

式中：I_g：从轨道泄漏到大地的杂散电流；m：划分的轨道分段数量；I(m)：每段轨道上的牵引电流；Rg：单位长度轨地过渡电阻值，R：单位长度走行轨阻抗值；H：供电区间的长度。

3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述牵引电流通过下式计算：

I(m)＝F(k，m)

式中：k：线路上的第k辆机车。

4.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述接地点电位与杂散电流之间的线性关系，如下式所示：

式中：φ_q：应用模拟电荷法求得地表以下场域中任意一点q(x，y，z)的电位；δ：沿接地体表面流散的电流密度；ρ_t：土壤电阻率；L：同线路机车间距；R_qp：电流源P点到q点的距离；R'_qp：对应R_qp的镜像；ζ：各介质分界面上的电荷密度；S：各分界面单元面积；ε₀：真空介电常数；

其中，基于所述各介质分界面上的电荷密度与所述各分界面单元面积确定电量；通过所述电量与时间的乘积得到杂散电流。

5.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述变电站接地点电位矩阵，如下式所示：

φ＝[φ₁，φ₂，...，φ_q，…，φ_n]^T

式中：φ_n：变电站接地点电位；φ_q：变电站接地点q(x，y，z)的电位；n：变电站接地点的点数。

6.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述机车牵引电流矩阵，如下式所示：

Q＝[I(1)，I(2)，……，I(m)]^T

式中：m：划分的轨道分段数量；I(m)：每段轨道上的机车牵引电流。

7.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值，包括：

基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。

8.如权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围，包括：

基于变电站接地点电位的最大值或最小值以及杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系确定杂散电流的影响范围；

基于杂散电流的影响范围和所述变电站接地点电位的最大值或最小值获得杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

9.一种杂散电流对变电站接地点电位影响的计算系统，其特征在于，包括：

构建模块，用于所述基于杂散电流、机车牵引电流和变电站接地点电位之间的线性关系构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，包括：

基于电阻网络模型确定杂散电流与机车牵引电流之间的线性关系；

基于模拟电荷法确定杂散电流与变电站接地点电位之间的线性关系；

基于所述杂散电流与机车牵引电流的线性关系和所述杂散电流与变电站接地点电位的线性关系，确定机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系；

基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式；

第一计算模块，用于所述基于所述机车牵引电流与变电站接地点电位的线性关系，构建机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，如下式所示：

φ＝LQ

式中：φ：变电站接地点电位矩阵；L：关联因子矩阵；Q：机车牵引电流矩阵；

第二计算模块，用于基于所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式计算变电站接地点电位的最大值或最小值；

确定模块，用于基于所述变电站接地点电位的最大值或最小值确定杂散电流对变电站接地点电位的影响范围。

10.如权利要求9所述的计算系统，其特征在于，所述第二计算模块，包括：

计算单元，用于基于监测到的轨道分段机车牵引电流的最大值或最小值和所述机车牵引电流和变电站接地点电位的关系式，计算变电站接地点电位的矩阵；

选择单元，用于从所述变电站接地点电位矩阵中选出变电站接地点电位的最大值或最小值。