地铁杂散电流分布的数学模型

  本文关键词：地铁杂散电流分布的数学模型，由笔耕文化传播整理发布。

地铁杂散电流分布的数学模型

第26卷第4期

2009年08月工程数学学报CHINESEJOURNALOFENGINEERINGMATHEMATICSVol.26No.4Aug.2009文章编号:1005-3085(2009)04-0571-06

地铁杂散电流分布的数学模型

刘燕,王京梅,赵丽,苑秋红

(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054)

摘要:地铁在给人们带来便利的同时，也带来了严重的杂散电流腐蚀危险。为了给当前的防腐工作提供

有效的指导，本文对杂散电流分布的数学模型进行了深入研究。从杂散电流的产生机理着手，采用微元法建立了杂散电流分布的数学模型，分析了轨地过渡电阻率及土壤电阻率对杂散电流分布的影响，得出走行轨电阻的增加、轨地过渡电阻率及土壤电阻率的减小是产生杂散电流的主要原因。

中图分类号:O29文献标识码:A关键词:杂散电流；分布；数学模型分类号:AMS(2000)94C05

1引言

地铁以它的承载量大、安全快捷、准时、占地少以及受气候等因素影响小等优点成为大家所青睐的重要交通工具。但它在给人们带来便利的同时，也带来了一些环境、安全问题。尤为严重的是其在运营过程中由直流动力牵引产生的杂散电流腐蚀危险。这种腐蚀比一般的自然腐蚀程度要大得多(1A杂散电流引起的金属失重W可达9Kg)，它不仅会缩短金属管线的使用寿命，而且还会降低地铁钢筋混凝土结构的强度和耐久性，甚至酿成灾难性的事故[1]。比起自然腐蚀，它的范围更广(地铁的杂散电流几乎影响整个城区的地下金属管网)，随机性更强(轨地过渡电阻率，土壤电阻率，电流大小等的变化)[2]。

由于地铁运营环境的特殊性，对杂散电流的防护显得尤为重要。对地铁运营以后受腐蚀的钢筋进行维修，将是一项十分艰难的工作。因此，研究地铁杂散电流的分布，对采取防护措施，减少杂散电流的泄漏意义重大[3]。

2杂散电流的产生机理

目前的地铁动力系统大部分以电力为驱动，，直流电通过地铁隧道顶的导电轨，机车顶上的电刷，给机车供电，通过隧道底部的走行轨实现回流。由于走行轨存在电阻，在电流流经走行轨时，走行轨上产生电压降，同时存在对地电位差。该电位差使得走行轨中部分电流泄漏到土壤成为杂散电流(也称迷流)。当迷流在土壤中流动时，会通过建筑物的主体钢筋、埋设金属管线和电缆的金属护套等导体而流至回流点后，再经土壤重新归入钢轨，从而使钢轨附近这些金属导体在电流流出处产生腐蚀，寿命降低[1]。为了减少杂散电流的泄漏，广州地铁一号线[4]和深圳地铁[5]都采取“堵”、“排”等主要的防护措施。“堵”即在走行轨与道床结构间加绝缘层，以保证负回馈的畅通；“排”即利用漏电收集网对漏电流进行收集和排流。因此，实际情况下的迷流是渗过绝缘层、漏电收集网后泄漏到土壤的那部分电流，如图1所示。

收稿日期:2007-07-24.作者简介:刘燕(1983年11月生)，女，硕士.研究方向：电路研究.

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