CN111678856A - 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法 - Google Patents

一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111678856A
CN111678856A CN202010635226.4A CN202010635226A CN111678856A CN 111678856 A CN111678856 A CN 111678856A CN 202010635226 A CN202010635226 A CN 202010635226A CN 111678856 A CN111678856 A CN 111678856A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
subway
current
calculating
corrosion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010635226.4A
Other languages
English (en)
Inventor
喻泉
庞钦
黄慧
曾举鹏
叶勇
倪砚茹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Changsha University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha University of Science and Technology filed Critical Changsha University of Science and Technology
Priority to CN202010635226.4A priority Critical patent/CN111678856A/zh
Publication of CN111678856A publication Critical patent/CN111678856A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/006—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light of metals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/30—Dynamo-electric motor meters
    • G01R11/34—Ampere-hour meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/003—Measuring mean values of current or voltage during a given time interval

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法，首先根据地铁机车运行时牵引电流变化情况，计算机车全线运行时附近杆塔接地体上电流变化，并取杆塔接地流出电流平均值Ig0作为地铁机车单次全线运行下附近杆塔流通的单位电流；然后结合地铁运行时刻表，获得当日内机车运行总时长；再利用杆塔流通单位电流与预估年限内的运行时长，计算杆塔接地体流通电量总安时数；最后结合腐蚀速率，计算杆塔腐蚀量。本发明能够有效计算地铁运行时沿线杆塔的电流分布情况，从而计算杆塔腐蚀量，可精准评估和预测地铁沿线杆塔腐蚀情况，具有安全、简便、经济和精度高的特点。

Description

一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法
技术领域
本发明涉及一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法，适用于地铁杂散电流对地铁沿线杆塔腐蚀情况的评估与预测。
背景技术
城市轨道交通作为现代化公共交通基础设施，其建设已成为维系城市沟通交流、推进经济发展的关键纽带。地铁规划建设也愈来愈广，然而地铁在给人们生活带来方便的同时，也随之而来一些消极影响。国内外地铁轨道交通供电系统多采用直流牵引供电，由牵引变电所向机车提供牵引电流，电流经接触网、机车、钢轨返回到牵引变电所。钢轨虽然采用绝缘安装，但实际线路中钢轨无法做到完全的对地绝缘，并且钢轨上承载着一部分电压，因此会有部分牵引电流经钢轨泄漏，流向周边，这部分电流称为地铁杂散电流。
地铁杂散电流会引起周围地电位分布变化，导致各接地设备间存在电位差并与大地构成直流回路。入地杂散电流会在交流电网中流通，对沿线电网杆塔接地体产生不可逆转的腐蚀影响。
针对杆塔接地体的腐蚀计算问题，国内外专家学者多集中于直流输电工程在单极大地运行方式下对线路杆塔的影响，并取得了显著成效。但地铁杂散电流不同于直流接地极入地电流，由于地铁列车空间位置时刻变化，杂散电流分布呈现动态波动特征，对杆塔腐蚀影响机制更为复杂。
综上所述，国内外亟需一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法。
发明内容
针对地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀的问题，本发明提出了一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法，应用于地铁杂散电流对地铁沿线杆塔腐蚀情况的评估与预测。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
1)根据地铁机车运行时牵引电流变化情况，计算机车全线运行时附近杆塔接地体上电流变化，并取杆塔接地流出电流平均值Ig0作为地铁机车单次全线运行下附近杆塔流通的单位电流；
2)结合地铁运行时刻表，获得当日内机车运行总时长T；
3)利用杆塔流通单位电流与预估年限内的运行时长，计算杆塔接地体流通电量总安时数W；
4)结合腐蚀速率v，计算杆塔腐蚀量M。
本发明的有益效果在于：通过搭建含多接地杆塔的直流分布电阻模型获取地铁机车单次全线运行下的杆塔接地流出电流平均值，并结合地铁运行时长计算杆塔接地体流通电量总安时数及金属腐蚀速率，便可计算出杆塔腐蚀量，计算简便，具有安全、经济和精度高的特点。
附图说明
图1为地铁杂散电流腐蚀接地杆塔原理示意图。
图2为地铁杂散电流引起接地杆塔及避雷线直流分布示意图及其电路等效图。
图3为两座变电站间多杆塔的接地回路直流分布网络模型。
图4为两座变电站间多杆塔的接地回路直流分布等效电路图。
图5为接地杆塔仿真模型示意图。
图6为地铁运行至不同位置下的接地杆塔直流分布情况示意图。
图7为地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的内容作进一步的说明和解释。
由图1可知，地铁杂散电流向大地散流时，行车区段附近大地将呈现一定的电位。由于埋地金属电阻远远小于土壤，直流杂散电流在金属构件上流通且直流电流将会从大地流入电位较高的杆塔接地体，然后通过避雷线流向电位较低的杆塔接地体，最后流向电位较低的牵引变电所负极。电流流入的杆塔为阴极区域，电流流出的杆塔为阳极区域，位于阳极区域的杆塔接地体会产生腐蚀。
将图1所示的原理示意图等效化简，可得到图2所示的等效电路图。将图2进一步化简，得到基于接地变压器、输电线路、接地杆塔、避雷线的直流回路等效模型，如图3所示。图中，RT1和RT2分别是变压器等效电阻，RTN1和RTN2为变压器中性点与大地间的等效直流电阻，RL12为连接两变压器的输电线路等效电阻，Rg1为接地杆塔的等效电阻，RgN1为杆塔接地体的等效电阻，RB1和RB2分别为避雷线等效电阻，RBN为变电站接地网与避雷线间的等效直流电阻，VT1、VT2、Vg1分别为变电站及接地杆塔的感应地电位，Vg1、…、Vgn为各接地杆塔的感应地电位。针对图3所示的接地回路直流分布网络模型，对输电线路、杆塔接地回路中电阻等效合并，得到图4所示的等效电路图。
根据等效电路图，计算地铁单次全线运行下，各接地杆塔所处地电位。根据地电位分布情况，获取各杆塔接地体的直流电流分布，并取杆塔接地流出电流平均值Ig0作为地铁机车单次全线运行下附近杆塔流通的单位电流。在计算根据地铁运行获得了地铁单次全线运行下沿线接地杆塔平均流出电流Ig0后，根据地铁运行时刻表获取地铁运行总时长T，计算预估期限内地铁线路附近杆塔流通电量安时数，计算公式为
W＝Ig0·T (1)
其中，地杆塔平均流出电流Ig0需根据地铁实际运行工况下(记及地铁运行策略及相应的牵引电流)，电流方向为流出杆塔接地体的电流平均值。
埋地金属构件在土壤中总的腐蚀量与其流通电量安时数成正比，已知在直流电流作用下，钢在土壤中的腐蚀速率为v≈9.13kg/(A·年)≈0.00104kg/(A·h)。将其与预估期限内地铁线路附近杆塔流通电量安时数相乘，如公式(1)所示，即为地铁运行不同年限后附近各接地杆塔的腐蚀量。
M＝v·W (2)
对照图4的等效电路图，搭建图5所示的地铁运行模型，获取沿线地表电位。基于建立的两变电站间多接地杆塔的直流分布电阻模型，计算随地铁运行下各杆塔接地体的直流电流变化情况，采用杆塔腐蚀量计算方法，计算地铁运行相应年限的腐蚀量。其中，地铁供电区间为2km，模型中杆塔采用接地体埋深0.5m的“田”字格导体来模拟，宽度为16m，接地棒为9.5m，导体参数为软件默认参数，并通过调整宽度来改变接地电阻值，杆塔等档距排列，杆塔编号以输电线路首端开始编号，首端定义为距离地铁机车首次发车所在牵引变电所最近的线路一端。地铁机车的牵引电流为3000A，两端的牵引变电所向机车提供的牵引电流随机车位置而改变，如表1所示。
随着地铁机车运行，各接地杆塔的直流电流变化如图6所示。分析图中数据可知，接地杆塔电流随机车位置改变而动态变化，一般距离机车最近的杆塔流入的接地电流越大；输电线路中间位置处的杆塔电流方向基本为流出，杂散电流腐蚀最严重。
根据图6所示的各接地杆塔的直流电流变化曲线，鉴于电流方向为流出才会造成埋地金属的腐蚀，分析各接地杆塔的电流变化情况可得：杆塔14号～杆塔27号在机车全线运行时均为电流流出，由此计算平均电流，计算结果如表1。对比各接地杆塔流出电流可得，最大电流平均值为中间杆塔21号，为-0.07176A，并逐渐向两端递减。
由此，根据地体行使全线供电区间时，接地杆塔平均流出电流，结合钢结构的腐蚀速率与机车运行时长，即可计算预估期限内杆塔接地体所受的腐蚀量。腐蚀速率选择为v≈9.13kg/(A·年)≈0.00104kg/(A·h)，机车运行时长考虑全天运行18个小时，每5分钟发一趟车，则全天运行下机车行驶同一供电区间的时长为8小时，由此计算腐蚀量。如表2所示，杆塔21号受腐蚀最严重，十年后腐蚀量达2.149kg。
表1供电区间两端牵引变电所提供牵引电流
Figure BDA0002568797020000061
表2预估年限的杆塔腐蚀量
Figure BDA0002568797020000062

Claims (1)

1.一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法，应用于地铁杂散电流对地铁沿线杆塔腐蚀情况的评估与预测，包括以下步骤：
1)根据地铁机车运行时牵引电流变化情况，计算机车全线运行时附近杆塔接地体上电流变化，并取杆塔接地流出电流平均值Ig0作为地铁机车单次全线运行下附近杆塔流通的单位电流；
2)结合地铁运行时刻表，获得当日内机车运行总时长T；
3)利用杆塔流通单位电流与预估年限内的运行时长，计算杆塔接地体流通电量总安时数W；
4)结合腐蚀速率v，计算杆塔腐蚀量M。
CN202010635226.4A 2020-07-03 2020-07-03 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法 Pending CN111678856A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010635226.4A CN111678856A (zh) 2020-07-03 2020-07-03 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010635226.4A CN111678856A (zh) 2020-07-03 2020-07-03 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111678856A true CN111678856A (zh) 2020-09-18

Family

ID=72437718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010635226.4A Pending CN111678856A (zh) 2020-07-03 2020-07-03 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111678856A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090047279A (ko) * 2007-11-07 2009-05-12 한국전기연구원 지하철 주변 누설전류 저감용 분산형 외부전원 시스템 및그의 동작방법
CN103776758A (zh) * 2014-01-16 2014-05-07 深圳大学 杂散电流引起混凝土钢筋电化学锈蚀的模拟装置和方法
CN109142908A (zh) * 2018-06-29 2019-01-04 中电普瑞电力工程有限公司 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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090047279A (ko) * 2007-11-07 2009-05-12 한국전기연구원 지하철 주변 누설전류 저감용 분산형 외부전원 시스템 및그의 동작방법
CN103776758A (zh) * 2014-01-16 2014-05-07 深圳大学 杂散电流引起混凝土钢筋电化学锈蚀的模拟装置和方法
CN109142908A (zh) * 2018-06-29 2019-01-04 中电普瑞电力工程有限公司 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ER. WOJCICKI ET AL: "Stray current induced corrosion in lightning rod cables of 525 kV power lines towers: a case study", 《REV. METAL MADRID VOL EXTR》, 31 December 2003 (2003-12-31) *
赵宇辉等: "地铁杂散电流对区间隧道衬砌结构耐久性的影响", 《铁道建筑》, 31 December 2007 (2007-12-31), pages 47 - 48 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ogunsola et al. Estimation of stray current from a DC-electrified railway and impressed potential on a buried pipe
CN109559250B (zh) 一种城市配电网网格化规划方法
Lin et al. A multiple section model of stray current of DC metro systems
Charalambous et al. A holistic stray current assessment of bored tunnel sections of DC transit systems
Liu et al. Evaluation of the effect of stray current collection system in DC-electrified railway system
CN111191181B (zh) 一种轨道交通多列车节能速度优化的运行能耗计算方法
CN110427703A (zh) 一种基于多列车运行条件下的杂散电流仿真建模方法
CN112505390B (zh) 一种分布式轨电位及杂散电流实时监控方法
CN110763898A (zh) 一种地铁车辆段杂散电流分布的获取方法
CN107145969A (zh) 一种发展区配电网规划方法及系统
KR101090957B1 (ko) 직류전기철도의 실시간 누설전류 예측을 위한 귀환전류비 측정 시스템
Ni et al. Modeling calculation and influence analysis of transformer DC bias current caused by metro stray current
CN112230040B (zh) 一种用于计算直流牵引供电系统的杂散电流评估方法
CN111678856A (zh) 一种地铁杂散电流对沿线杆塔腐蚀量计算方法
CN112765761A (zh) 一种轨道交通杂散电流泄露量计算方法
CN116047363B (zh) 一种轨道列车杂散电流的监测方法及监测系统
CN110082648B (zh) 一种t接牵引网的故障测距方法
CN112052601A (zh) 一种基于最优分数雷达图的输配电网电压序列优化方法
CN112836364A (zh) 一种城市轨道交通杂散电流的统一计算方法
CN103746364B (zh) 一种直流系统单极运行时变压器中性点电流预测方法
Worku et al. Autotransformer fed traction power supply system: analysis, modeling and simulation
CN115422691A (zh) 一种考虑列车牵引特性的轨道交通杂散电流模型获取方法
CN113452007B (zh) 一种城市电网变压器中性点直流计算方法
Sandidzadeh et al. Controlling and simulation of stray currents in DC railway by considering the effects of collection mats
CN114139863A (zh) 轨道交通直流偏磁分布式同步监测纵横联合布点方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200918

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication