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城軌直流牽引供電系統(tǒng)中鋼軌對地存在分布電阻，部分回流電流泄漏至大地并在牽引所附近流回整流機組負極，這部分電流被稱為雜散電流。雜散電流對埋地金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。實際運行過程中，多牽引變電所并列運行，多列車移動負荷隨時間動態(tài)變化，引起全線鋼軌電位、雜散電流動態(tài)變化，造成地鐵沿線附近地中電位不斷波動，埋地金屬結(jié)構(gòu)受到的腐蝕也隨之變化。為了治理埋地金屬結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕問題，需要確定雜散電流干擾范圍和影響程度，并采取相應(yīng)的防治措施。

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的科研人員研究了多區(qū)間多列車情況下雜散電流對地鐵沿線附近地下環(huán)境的影響范圍和程度，推導(dǎo)多列車多區(qū)間雜散電流隨時間動態(tài)變化的分布模型；考慮介質(zhì)分層情況，采用疊加原理建立雜散電流在地中電位分布的模型，獲得沿地鐵線路附近地電位梯度動態(tài)變化的特征；通過CDEGS仿真驗證分層介質(zhì)中電位分布模型的準(zhǔn)確性；結(jié)合實際線路的工程案例，分析雜散電流對地下環(huán)境的干擾，探討過渡電阻、縱向電阻、介質(zhì)電阻率、計算距離對地電位梯度的影響。

圖1 雜散電流在分層介質(zhì)中的擴散模型

圖2 仿真計算示意圖

科研人員指出，提高鋼軌對排流網(wǎng)過渡電阻是控制直流牽引供電系統(tǒng)沿線大地電位梯度的最重要措施。與地鐵保持較遠的距離，是減小雜散電流影響程度的關(guān)鍵。本次分析的線路列車采用6B編組，最大速度80km/h，發(fā)車間隔2min，混凝土電阻率為0.503Ω?km，土壤電阻率為38.9Ω?m，埋地金屬結(jié)構(gòu)與地鐵線路距離50m時，鋼軌過渡電阻值提高至40Ω?km以上，或鋼軌過渡電阻值為5.31Ω?km時，埋地金屬結(jié)構(gòu)與地鐵線路的距離增大至0.25km以上，全線任意位置均小于2.5mV/m。

本文編自2021年第23期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“直流動態(tài)雜散電流在分層介質(zhì)中的擴散模型”，作者為劉煒、尹乙臣 等。