[发明专利]一种地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁地电位计算方法

权利要求书

1.一种地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁地电位计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)参考地铁结构及组成建立双边供电简化模型，推导得到杂散电流静态分布模型，通过杂散电流静态分布模型实现静态杂散电流的计算；

2)考虑列车运行过程中，牵引电流的大小随列车运行工况的改变，在杂散电流静态分布模型的基础上，再根据列车牵引供电策略建立杂散电流动态分布模型；根据杂散电流动态分布模型计算得到杂散电流动态分布曲线，在杂散电流动态分布曲线上任取一点对应的杂散电流值作为电流源参考值；

3)以麦克斯韦方程组为基础，推导地铁线路附近大地电场的场域方程以及分界面的边界条件；

4)根据不同地区大地电性及其构造的不同，以及杂散电流泄露点随机性的特点，参考步骤2)、步骤3)所得的电流源参考值、边界条件，对大地电性结构建立三维大地电阻率模型，利用有限元分析软件对三维大地电阻率模型进行网格剖分，计算地表的大地电位，并通过后处理模块输出计算结果。

2.如权利要求1所述的地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁地电位计算方法，其特征在于：步骤1)中，将钢轨、钢轨下方的排流网、大地用电阻进行等效，得到钢轨-排流网-大地三层结构的双边供电等值电路；

在双边供电等值电路中取一微元，得到双边供电等值微电路模型；以列车为界将钢轨分为左右两部分；对于左边部分，由KVL基尔霍夫电压定律得：

得：

由基尔霍夫电流定律得：

得：

其中，I₁、I₂分别为牵引变电所1、牵引变电所2向列车提供的牵引电流；I为列车的总电流，I＝I₁+I₂；R_G为钢轨单位长度等效电阻；R_P为排流网单位长度等效电阻；g₁为钢轨对排流网等效电导；g₂为排流网对大地等效电导；为双边供电等值微电路双边供电等值微电路模型中单个微元中钢轨上流过的电流，为双边供电等值微电路模型中单个微元中排流网上流过的电流，下标“1”代表左边部分、下标“2”表示右边部分；u₁(x)为双边供电等值微电路模型中钢轨-排流网之间的电位差；u₂(x)为双边供电等值微电路模型中排流网-大地之间的电位差；

求解式6-4所示微分方程得到单个微元内的值，循环求解获得整条地铁线路的杂散电流静态分布情况。

3.如权利要求2所述的地铁杂散电流引起的变压器直流偏磁地电位计算方法，其特征在于：取微元长度为1米，假设列车完成一个启停循环行驶的距离为N米，则共有N个计算微元；假设列车位于第m个微元位置处，求解式(6-4)所示微分方程求得当前微元位置处的i_G1(m)、i_P1(m),最后利用基尔霍夫电流定律向前求解i_G1(1)…i_G1(m-1),i_P1(1)…i_P1(m-1),向后求解i_G1(m+1)…i_G(N),i_P1(m+1)…i_P1(N)，最后通过积分求得I_G、I_P的值，I_G为钢轨上流过的总电流，I_P为排流网上流过的总电流；

根据I_SC＝I-I_G-I_P，求得列车在某个位置时整条地铁线路的总杂散电流值I_SC，重复上述过程求得列车在不同位置时地铁线路的总杂散电流值。