埋地钢质管道受高铁交流干扰的数值模拟
【部分图文】：
我国的高铁设计主要采用自耦变压器（AT）供电方式，AT供电方式的原理如图1所示。该供电方式是牵引线路中每隔一定距离在接触悬线和正馈线中并入一台绕组匝数比（ω1∶ω2）为1∶1的自耦变压器，变压器安装位置为AT所。电流从牵引变电所主变压器流出，变压器两端电压为U，流过电流为I/2，经过AT所由自耦变压器进行变压后，电压变为U/2，电流变为I。流过机车的电流在机车与最近AT所之间通过铁轨进行回流，在AT所与变电所之间通过正馈线及铁轨进行回流。油气管道与高铁相互靠近时，受到来自高铁供电系统的交流干扰。高铁系统主要通过感性耦合及阻性耦合对埋地钢质管道产生危害和干扰影响，如图2所示。其中感性耦合是当管道和高铁供电线路近距离并行时，高铁接触悬线、正馈线、铁轨中电流流动产生的交变磁场，在磁场作用下管线中的电荷交替地流向管线的两端，产生交流杂散电流，其强度与干扰源电流大小及并行长度成正比，与管线和电流间的间距成反比[10]。高铁牵引电流通过铁轨回流时，由于铁轨与大地无法完全绝缘，因此有电流泄漏流入大地，铁轨附近钢质管道的交流电压将会发生变化，造成阻性耦合影响。BRAUNSTEIN等[11]认为对于与铁路近距离平行的埋地管道，感性耦合干扰是最主要的干扰方式，而张小月[12]则认为电气化铁路的牵引供电系统主要通过阻性耦合的方式对附近埋地管道产生干扰。
为了保证模拟计算结果的准确性，首先对高铁、管道及环境资料进行整理分析。高铁与管道的位置关系如图3所示，管道与高铁共存在3处交叉，其中1#交叉点与2#交叉点之间并行间距较大，为0～5.5km;2#交叉点与3#交叉点之间并行间距较小，为0～320m。根据管道与高铁相互位置关系，初步判断干扰高风险区域为2#交叉点至3#交叉点段。3处交叉点所属管道的绝缘接头分别在A输油站及B输油站，所属供电系统分别为1#、2#变电所。因此，在利用数值模拟软件建立的埋地钢质管道受高速铁路输电系统干扰的模型中，干扰源为高铁供电系统的1#、2#变电所负责区域，受干扰源为A输油站至B输油站间的原油管道。图3 高铁与管道位置关系
图2 高铁对埋地钢质管道干扰的形成干扰段高铁线路共包含1#、2#两个变电所，将该段高铁划分为两个供电区间，如图4所示。1#供电区间划分为3个AT区间，且内设置1处AT所。为了便于后期描述分析，将1#变电所设置为高铁里程0km，各供电设施及交叉点分布如图4所示。设计资料显示，每个AT区间内允许运行机车数量≤1辆，同轨运行机车之间的追及时间≥3min，高铁设计时速为200km/h，因此同轨机车之间的距离≥10km。
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