地鐵雜散電流分布規律及源控制措施研究

1 概述

隨著現代新型城市不斷發展，城市中燃氣管道與地鐵線路的建設也在逐步更新，不可避免地會出現燃氣管道與地鐵線路交叉或并行的情況。由于軌道與大地之間總是存在電流通道，因此有部分電流由軌道泄漏，加劇鄰近燃氣管道的腐蝕。由法拉第定律可知，理論上1 A電流一年內可腐蝕掉約9.13 kg的金屬

。雜散電流越大，造成的腐蝕越嚴重，嚴重影響燃氣管道的安全、穩定運行。本文基于實際工程構建雜散電流分布模型，探討由軌道泄漏至大地的雜散電流的影響因素，以期為從源頭上減少雜散電流的產生、確保城市燃氣管道安全運行提供參考。

2 地鐵雜散電流成因

地鐵的運行常采用直流牽引供電。由變電站將交流電轉換為直流電，通過與變電站正極相連的接觸網向列車輸送，再流經軌道及與之相連的電纜返回變電站負極，構成供電回路

。地鐵雜散電流產生原理見圖1。

因軌道與大地之間存在電位差，且在實際工程中，軌道對地無法保證完全絕緣。部分電流由地鐵軌道泄漏至大地，形成雜散電流。同時，埋地管道上的防腐層并不是完好無損，雜散電流由防腐層破損點進入金屬管道，流經一段管道后由靠近變電站負極的管道防腐層破損點處流出，回到負極。在流出點發生還原反應，造成管道的腐蝕。

3 雜散電流分布模型的建立及推導

① 雜散電流分布模型建立

在建立地鐵雜散電流分布模型之前，需首先了解地鐵牽引供電的方式。我國通常分為兩種：即單邊供電與雙邊供電。其中，單邊供電為一個變電站為機車的運行提供牽引電流，雙邊供電為兩個變電站為機車的運行提供牽引電流。地鐵牽引供電的方式見圖2。

從微觀經濟主體企業的角度來講，中美貿易摩擦鞭策江蘇省企業尋求其他國家的商業合作伙伴，同時也開始意識到獨立研發、技術創新、專利保護、增強維權意識、尋求法律援助和提高員工法律素質的重要性。也就是說，中美貿易摩擦也使得企業開始自我反思，并且要求企業及時做出相應措施來積極面對此次貿易摩擦，這對于企業來說，可以更好地定位自我、完善自己，所以這次貿易摩擦也是一次對江蘇省企業的考驗。

我國地鐵系統常采用雙邊供電的方式，單邊供電通常在交通系統的試車段等特殊情況下使用

。兩種不同供電方式下，牽引電流、軌道縱向電阻、過渡電阻等對雜散電流分布的影響趨勢相同，因此為便于模型的構建與計算，本研究基于單邊供電方式下進行

。而對于雙邊供電系統，可將其理解為兩個獨立的單邊供電系統，其模型的構建與計算與單邊供電系統類似。

1.1.2 葉瘟。分蘗至拔節期為害較重，有2種類型病斑：①急性型病斑，即葉片上形成暗綠色、近圓形或橢圓形病斑，醉葉兩面都產生褐色霉層；②慢性型病斑，即病斑形狀為菱形或者長菱形，中央灰白色，邊緣紅褐色，外面有黃色暈圈，并且病斑上有灰色霉層［1］。

實際工程中，機車沿地鐵軌道運行，軌道下方敷設排流網，且有鋼筋等埋地金屬結構，因此，本文構建軌道-排流網-埋地金屬-大地4層結構下的雜散電流分布模型。在現場環境中，雜散電流分布十分復雜。不同的路段有不同的地質條件，土壤電阻率各不相同，且沿線有各種設施的干擾。考慮到上述情況，準確無誤的模型很難建立出來，需要對一些條件進行理想化假設

。假設為：a.單邊供電下，變電所提供恒定牽引電流。b.忽略接觸網電阻。c.軌道縱向電阻、排流網縱向電阻、埋地金屬結構縱向電阻均視為均布電阻。d.不同結構之間的過渡電阻為均布電阻

。基于上述假設，單邊供電下4層結構電阻分布模型見圖3。

圖中

——地鐵軌道的縱向電阻，Ω/km

——軌道-排流網、排流網-金屬結構的過渡電阻，Ω·km

內存推移理論及其實驗·····················李凱凱 金 翊 歐陽山 周時強 (2,151)

——排流網縱向電阻，Ω/km

——金屬結構縱向電阻，Ω/km

——金屬結構-大地的過渡電阻，Ω·km

(

)

-

(

)

-

″(

)

=0

——單邊供電下地鐵機車的運行區間，km

其次就是要加大人才培養力度，提高大數據質量。高校是思維活躍、理念創新的場所，對于大數據的理解和應用也應該走在時代的前列。高校應該普及大數據理念，培養師生的大數據素養，努力培養更多大數據專業人才。21世紀人才質量的高低才是決定一個行業競爭力的關鍵。作為一門新的領域，專業人才的缺失將限制大數據的發展速度。高校應該充分發揮人才資源優勢，合理開設專業課程，加大培養人才力度，促進大數據專業的發展。同時應該當調整教學和管理隊伍結構，合理設置管理，引進大數據專業人才，提高學習大數據應用和開發水平。

利用高等數學微元思想，將機車運行區間分為無限多個小模塊。利用基爾霍夫定律，分別視軌道-排流網與排流網-金屬結構為兩個回路，得到電流電壓節點模型及參數，見圖4

。圖4d中

(

)已包含d

(

)。

圖中

(

)——位置

處的軌道電壓，V

(

)——位置

處的排流網對金屬結構的電壓，V

近年來，宜昌市食品藥品監管局認真貫徹落實“四個最嚴”“四有兩責”要求，不斷提高食品藥品安全治理能力和保障水平，取得了顯著成效。該市連續3年被香港城市競爭力研究會評為“中國十佳食品安全城市”；在全國首批15個食品安全城市創建試點城市中期評估中以全國第二的成績進入第一梯隊；2015年在湖北省食品藥品安全公眾滿意度民意調查中位列第一；創城工作被評為宜昌市2015年十件大事之一。成績如何得來？請看宜昌市局的答卷。

(

)——位置

處的軌道電流，A

(

)——位置

處的排流網電流，A

② 運行區間對雜散電流的影響

——地鐵機車距離牽引變電所的距離，km

② 分布模型的數學推導

對圖4a、4c分別應用基爾霍夫電壓定律，得式(1)、(2)。對圖4b、4d分別應用歐姆定律，得式(3)、(4)。具體如下：

所謂信息化支撐：借助離退休人員信息管理系統，建立分門別類、種類齊全的基礎信息數據庫，實現動態化管理；構建了一個天上有“云”（云計算中心）、地上有格（黨員管理網格）、中間有網的新型服務管理信息化支撐體系，規范服務管理工作流程。

(

)+d

(

)+

(

)

d

=

(

)+

(

)

d

長期以來，高中生物課堂一直以老師為主，老師推行的是“滿堂灌”教學，機械式地向學生灌輸知識，而這種教學很容易挫傷學生的學習積極性，不利于高效課堂教學的實現。隨著信息時代的到來，多媒體的出現也為高中生物課堂教學帶來了巨大便利。多媒體打破了傳統教學在時空上的限制，實現了靜態教學向動態教學的轉變。在高中生物課堂中，借助多媒體，可以創設良好的課堂環境，進而調動學生的學習積極性，提高教學實效。

(1)

(

)+d

(

)+

(

)

d

=

(

)+

(

)

d

(2)

(3)

(4)

在模型中近似認為軌道電流、排流網電流、金屬結構電流之和為牽引電流，則有：

=

(

)+

(

)+

(

)

(5)

——地鐵機車牽引電流，A

1.1.1 主要的儀器設備:①梯度PCR儀(德國eppendorf公司)②紫外凝膠成像系統(Cell Biosciences公司)③Universal水平電泳儀 (BIORAD 300,美國伯樂公司)

(6)

根據式(5)，則同理可由式(2)與式(4)得出：

(7)

由式(6)兩端進行二次求導，變形可得：

(8)

將式(6)、(8)代入式(7)并化簡可得：

(9)

為便于計算，可將式(9)表示為：

取列車運行區間

為4 km，牽引電流取3 000 A。軌道縱向電阻、金屬結構縱向電阻取0.01 Ω/km，各絡層過渡電阻取15 Ω·km，排流網的縱向電阻分別取0.007 Ω/km、0.010 Ω/km、0.100 Ω/km，通過模擬，得到不同排流網縱向電阻下的雜散電流分布見圖8。

(10)

④ 排流網縱向電阻對雜散電流的影響

(11)

(12)

水利項目建設工程通過公開招標確定投融資單位，由投融資單位負責籌措承包工程項目的建設資金，并通過BOT、TOT、BT等方式負責項目建設運營。此種融資方式有利于擴大社會資源優化配置的范圍，有利于降低政府融資成本和財政資金壓力。《意見》指出要積極發展BOT、TOT、BT等新型水利項目融資模式，通過有資質的水利項目建設方作為貸款主體，引導更多信貸資源支持水利建設。

在以下計算中，式(11)、(12)的±符號取正值。

式(10)～(12)中：

(13)

(14)

(15)

則可得到：

(16)

式中

、

、

、

——待定系數

再利用雙曲函數表達式對式(16)變形，可得到：

(

)=

sinh(

)+

cosh(

)+

(17)

式中

、

、

、

——待定系數

由式(6)可得：

(18)

理想條件下有邊界條件，

=0或

=

時，

(

)=

。

=0或

=

時，

(

)=0。將邊界條件

=0或

=

時，

(

)=

代入式(17)，可得式(19)、(20)。對式(17)兩端進行兩次求導后，將邊界條件

=0或

=

時，

(

)=0代入該式及式(18)，可得式(21)、(22)。式(19)～(22)如下。

(19)

sinh(

)+

cosh(

)+

sinh(

)+

(3)鈉長石化鋰輝石微斜長石型偉晶巖：灰白色、淺肉紅色，塊狀交代結構，偉晶結構，塊狀構造。主要成分為鈉長石、微斜長石、石英、云母及少量鋰輝石。其中鈉長石約占30%，微斜長石約占25%，石英約占30%，云母約占8%，鋰輝石約占5%。鈉長石灰白色細粒砂糖狀，微斜長石呈細粒粒狀交代結構，石英呈他形不規則狀充填，粒度小于10mm，白云母呈小片狀，片徑為10～15mm，鋰輝石呈淺黃綠色，呈短柱狀、寬板狀，大小多在8～15cm之間。

(20)

(21)

(22)

聯立式(19)與(21)可得：

(23)

代入式(19)可得：

(24)

再由式(20)與(22)可得：

(25)

(26)

將求得的待定系數

、

、

、

代入式(17)，即可得到軌道電流表達式。在4層結構模型中，近似認為除卻流向地鐵軌道的，其余均為泄漏的雜散電流

，則可得到雜散電流表達式為：

(

)=

-

(

)=

-[

sinh(

)+

cosh(

)+

sinh(

)+

cosh(

)+

3'RACE擴增產物膠回收產物純化后進行瓊脂糖凝膠電泳，可見一大小約800 bp左右的清晰條帶(圖2)。

(27)

式中

(

)——

位置處泄漏的雜散電流，A

由上述雜散電流表達式可看出，雜散電流與列車牽引電流

、軌道縱向電阻

、排流網縱向電阻

、金屬結構縱向電阻

、各絡層之間的過渡電阻(軌道-排流網與排流網-金屬結構的過渡電阻

)、地鐵機車運行區間

等因素有關。

4 雜散電流影響因素模擬分析

本節中，借助MATLAB軟件對所求得的雜散電流表達式進行模擬分析，通過控制變量的方法，詳細討論影響雜散電流的每種因素，得到雜散電流分布圖。在模擬分析之前，通過查閱相關文獻確定各影響因素的取值范圍

。牽引電流：2 000～3 000 A。地鐵機車運行區間：2～4 km。縱向電阻：0.001～1 Ω/km。各絡層之間的過渡電阻：0～150 Ω·km。

① 牽引電流對雜散電流的影響

取列車的運行區間

為4 km，取軌道縱向電阻、排流網縱向電阻、金屬結構縱向電阻均為0.01 Ω/km，各絡層之間的過渡電阻取15 Ω·km，牽引電流分別取

為2 000 A、2 500 A、3 000 A，通過模擬得到不同牽引電流下的雜散電流分布見圖5。

式中

、λ

——特征方程的特征根

(

)——位置

處的金屬結構電流，A

在國有林場中工作的職工，每個人工作成績是不相同的，因此實施績效考核可以指導和監督職工的工作情況，讓職工更加認真盡責的開展工作是唯一的目標。績效考核的主要作用有以下幾點：

列車運行區間

分別取2 km、3 km、4 km，牽引電流取3 000 A，縱向電阻均取0.01 Ω/km，過渡電阻取15 Ω·km，通過模擬得到不同運行區間下的雜散電流分布見圖6。

③ 軌道縱向電阻對雜散電流的影響

取列車運行區間

為4 km，牽引電流取3 000 A。排流網縱向電阻、金屬結構縱向電阻取0.01 Ω/km，各絡層過渡電阻取15 Ω·km，軌道縱向電阻分別取0.005 Ω/km、0.010 Ω/km、0.020 Ω/km，通過模擬，得到不同軌道縱向電阻下的雜散電流分布見圖7。

式中

、

、

——已知系數

(

)-

″(

)+

(

)-

=0

⑤ 過渡電阻對雜散電流的影響

取列車運行區間

為4 km，牽引電流取3 000 A。取軌道縱向電阻、排流網縱向電阻、金屬結構縱向電阻均為0.01 Ω/km，軌道-排流網過渡電阻、排流網-金屬結構過渡電阻相同，分別取10 Ω·km、15 Ω·km、20 Ω·km，通過模擬，得到不同過渡電阻下的雜散電流分布見圖9。

⑥ 小結

由上述模擬過程可以看出，列車牽引電流、列車運行區間、軌道縱向電阻、軌道-排流網過渡電阻、排流網-金屬結構過渡電阻取值不同時，均會對雜散電流的分布產生較明顯的影響。

其中，牽引電流越大，在同一區間內產生的雜散電流越大，如圖5所示，

為3 000 A時，雜散電流峰值約為4 A。列車運行區間越長，雜散電流越多，如圖6所示，最大最小值相差約3 A。軌道縱向電阻越大，同一區間內雜散電流越多，且影響十分明顯，如圖7所示。不同絡層之間的過渡電阻越小，越利于雜散電流增大，如圖9所示。根據圖8，排流網縱向電阻變化時，對雜散電流影響很小，但排流網可使泄漏出的雜散電流多數回流至變電站負極，減少流向埋地管道的雜散電流，降低管道腐蝕的風險。

5 雜散電流源控制法防護策略

為降低雜散電流對埋地燃氣管道的腐蝕，從源頭上加以控制是最主要的防護措施。由上述建模推導及模擬分析可看出牽引電流、運行區間、軌道縱向電阻、過渡電阻等均會在較大程度上影響雜散電流的產生與分布

。對于源控制法防護，可從以下4個方面分析。

出來才發現天已經很晚了，半邊天繁星閃爍，半邊天烏云密布，風涼絲絲的，像是暴雨要來了。我們從白云賓館左邊的一個小巷里拐進去，好幾次我想擠到前面去，想問問那個我一直沒有看見的劉偉，我們這是要到哪里去，去干什么，但我跟在泰森的身后，他龐大的身體把前面擋得嚴嚴實實，試了幾次都沒有成功。

① 減小牽引電流

考慮成本效益，在設計允許范圍內，應盡可能減小地鐵牽引電流，減少雜散電流對埋地管道的腐蝕。

② 縮短列車運行區間

列車運行區間同樣是影響雜散電流的一個重要因素，相鄰兩變電站之間的距離不宜過大。考慮到經濟條件，應在可接受范圍內適當增加變電站，縮短運行區間，減少雜散電流。

③ 減小軌道縱向電阻

在地鐵設計初期階段，應選取縱向電阻小的軌道材料。

④ 增大過渡電阻

采取措施增大過渡電阻可有效減少雜散電流，降低腐蝕管道的風險。

6 結論及建議

① 牽引電流、運行區間、軌道縱向電阻、過渡電阻取值不同時，雜散電流會有較明顯的變化，排流網縱向電阻對雜散電流的產生與分布影響較小。

② 實際工程中，可從源頭上采取措施減少雜散電流的產生，如采取高電壓供電系統降低牽引電流、在成本允許條件下增加變電站從而減小列車運行區間、選取縱向電阻較小的鋼軌、采取措施增大過渡電阻等。研究內容可為現場工程雜散電流腐蝕防護提供參考，使燃氣管道更為安全穩定運行。

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