[发明专利]一种城市电网中地铁杂散电流分布的仿真建模方法

说明书

本发明公开一种城市电网中地铁杂散电流分布的仿真建模方法，根据电力系统的供电方式及其拓扑结构建立交流电网地上等效模型，再根据各接地变电站的距离、接地网接地电阻的大小以及大地电阻率，求得各接地变电站间的大地等效电阻，从而建立城市电网大地等效网络；再将外部控制电流源元件连接在某一接地变电站接地变压器的中性线上，并采用早发车时段该接地变电站变压器中性点直流电流的实测数据对电流源进行控制；最后，仿真并调节等效电源初始接地电阻R的大小修正模型，直到得到最终仿真模型。本发明能够实现对地铁杂散电流在城市电网中的分布规律分析以及进行杂散电流分布的影响因素研究，为杂散电流导致的变压器直流偏磁的治理提供指导性建议。

技术领域

本发明涉及电力系统建模领域，具体为一种城市电网中地铁杂散电流分布的仿真建模方法。

背景技术

随着城市轨道交通规模的网络化、供电电流的动态变化以及钢轨对地绝缘的逐渐老化，地铁杂散电流也呈现出网络化、持久化和叠加增大的趋势。由于地铁在实际运行当中采用直流供电，且由于钢轨摩擦产生的铁屑、粉尘以及泄漏阻抗降低等原因，使得钢轨与大地之间无法做到完全绝缘，因此一部分供电电流会从钢轨泄漏至大地从而形成地铁杂散电流。目前针对地铁杂散电流的防护措施，依然无法做到大地中杂散电流的完全收集和治理，导致一部分杂散电流无法回流至地铁系统，在大地中流窜。

由于城市电网交流系统的直流电阻远远小于大地等效电阻，因此当地铁杂散电流在大地中流通并遇到交流系统的接地变压器时，杂散电流会通过接地变压器的接地电阻流入至变压器的绕组中，使得变压器磁通发生偏移，从而进入磁路的半波饱和状态，导致变压器的直流偏磁现象。当变压器发生直流偏磁时，变压器的励磁电流产生大量谐波，从而导致变压器的振动加剧以及引起交流系统电压波形畸变、继电保护误动等现象；同时，直流偏磁使得变压器无功损耗增加，从而导致交流系统无功补偿装置过载或电压下降，影响系统的正常运行。此外，铁心的高度饱和将会使得变压器漏磁增加，从而引起变压器金属结构件和油箱过热，加速变压器的绝缘老化以及变压器油的分解，大大影响了变压器的寿命。目前已有相关研究表明，深圳、长沙、成都、贵阳等城市均出现了由地铁杂散电流导致的接地变压器的直流偏磁现象。

目前，城市电网中地铁杂散电流的分布规律尚不明确，交流系统各元件的电气参数以及电容隔直装置的投切对交流电网中杂散电流分布的影响暂不明朗，因此研究地铁杂散电流在交流系统中分布规律的仿真建模方法对地铁杂散电流导致的变压器直流偏磁的研究和治理具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种城市电网中地铁杂散电流分布的仿真建模方法，能够实现对地铁杂散电流在城市电网中的分布规律分析以及进行杂散电流分布的影响因素研究，其结果可以对杂散电流导致的变压器直流偏磁的治理提供指导性建议。该技术方案如下：

一种城市电网中地铁杂散电流分布的仿真建模方法，包括以下步骤：

步骤A：定义城市电网变电站中含中性点接地的变压器的变电站为接地变电站S_j¹，j为城市电网中接地变电站的编号，j＝1,2,3,…,c，c为城市电网中接地变电站的数量；

定义城市电网变电站中不含中性点接地的变压器的变电站为非接地变电站S_k⁰，k为城市电网中非接地变电站的编号，k＝1,2,3,…,d，d为城市电网中非接地变电站的数量；