地鐵雜散電流分布規(guī)律及源控制措施研究

1 概述

隨著現(xiàn)代新型城市不斷發(fā)展，城市中燃?xì)夤艿琅c地鐵線路的建設(shè)也在逐步更新，不可避免地會(huì)出現(xiàn)燃?xì)夤艿琅c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?xì)夤艿赖母g。由法拉第定律可知，理論上1 A電流一年內(nèi)可腐蝕掉約9.13 kg的金屬

。雜散電流越大，造成的腐蝕越嚴(yán)重，嚴(yán)重影響燃?xì)夤艿赖陌踩?、穩(wěn)定運(yùn)行。本文基于實(shí)際工程構(gòu)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(chǎn)生、確保城市燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行提供參考。

2 地鐵雜散電流成因

地鐵的運(yùn)行常采用直流牽引供電。由變電站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過與變電站正極相連的接觸網(wǎng)向列車輸送，再流經(jīng)軌道及與之相連的電纜返回變電站負(fù)極，構(gòu)成供電回路

。地鐵雜散電流產(chǎn)生原理見圖1。

因軌道與大地之間存在電位差，且在實(shí)際工程中，軌道對(duì)地?zé)o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(shí)，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(diǎn)進(jìn)入金屬管道，流經(jīng)一段管道后由靠近變電站負(fù)極的管道防腐層破損點(diǎn)處流出，回到負(fù)極。在流出點(diǎn)發(fā)生還原反應(yīng)，造成管道的腐蝕。

3 雜散電流分布模型的建立及推導(dǎo)

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(guó)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(gè)變電站為機(jī)車的運(yùn)行提供牽引電流，雙邊供電為兩個(gè)變電站為機(jī)車的運(yùn)行提供牽引電流。地鐵牽引供電的方式見圖2。

從微觀經(jīng)濟(jì)主體企業(yè)的角度來講，中美貿(mào)易摩擦鞭策江蘇省企業(yè)尋求其他國(guó)家的商業(yè)合作伙伴，同時(shí)也開始意識(shí)到獨(dú)立研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、專利保護(hù)、增強(qiáng)維權(quán)意識(shí)、尋求法律援助和提高員工法律素質(zhì)的重要性。也就是說，中美貿(mào)易摩擦也使得企業(yè)開始自我反思，并且要求企業(yè)及時(shí)做出相應(yīng)措施來積極面對(duì)此次貿(mào)易摩擦，這對(duì)于企業(yè)來說，可以更好地定位自我、完善自己，所以這次貿(mào)易摩擦也是一次對(duì)江蘇省企業(yè)的考驗(yàn)。

我國(guó)地鐵系統(tǒng)常采用雙邊供電的方式，單邊供電通常在交通系統(tǒng)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(duì)雜散電流分布的影響趨勢(shì)相同，因此為便于模型的構(gòu)建與計(jì)算，本研究基于單邊供電方式下進(jìn)行

。而對(duì)于雙邊供電系統(tǒng)，可將其理解為兩個(gè)獨(dú)立的單邊供電系統(tǒng)，其模型的構(gòu)建與計(jì)算與單邊供電系統(tǒng)類似。

1.1.2 葉瘟。分蘗至拔節(jié)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(chǎn)生褐色霉層；②慢性型病斑，即病斑形狀為菱形或者長(zhǎng)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(shí)際工程中，機(jī)車沿地鐵軌道運(yùn)行，軌道下方敷設(shè)排流網(wǎng)，且有鋼筋等埋地金屬結(jié)構(gòu)，因此，本文構(gòu)建軌道-排流網(wǎng)-埋地金屬-大地4層結(jié)構(gòu)下的雜散電流分布模型。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，雜散電流分布十分復(fù)雜。不同的路段有不同的地質(zhì)條件，土壤電阻率各不相同，且沿線有各種設(shè)施的干擾?？紤]到上述情況，準(zhǔn)確無誤的模型很難建立出來，需要對(duì)一些條件進(jìn)行理想化假設(shè)

。假設(shè)為：a.單邊供電下，變電所提供恒定牽引電流。b.忽略接觸網(wǎng)電阻。c.軌道縱向電阻、排流網(wǎng)縱向電阻、埋地金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻均視為均布電阻。d.不同結(jié)構(gòu)之間的過渡電阻為均布電阻

?；谏鲜黾僭O(shè)，單邊供電下4層結(jié)構(gòu)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(wǎng)、排流網(wǎng)-金屬結(jié)構(gòu)的過渡電阻，Ω·km

內(nèi)存推移理論及其實(shí)驗(yàn)·····················李凱凱 金 翊 歐陽山 周時(shí)強(qiáng) (2,151)

——排流網(wǎng)縱向電阻，Ω/km

——金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻，Ω/km

——金屬結(jié)構(gòu)-大地的過渡電阻，Ω·km

(

)

-

(

)

-

″(

)

=0

——單邊供電下地鐵機(jī)車的運(yùn)行區(qū)間，km

其次就是要加大人才培養(yǎng)力度，提高大數(shù)據(jù)質(zhì)量。高校是思維活躍、理念創(chuàng)新的場(chǎng)所，對(duì)于大數(shù)據(jù)的理解和應(yīng)用也應(yīng)該走在時(shí)代的前列。高校應(yīng)該普及大數(shù)據(jù)理念，培養(yǎng)師生的大數(shù)據(jù)素養(yǎng)，努力培養(yǎng)更多大數(shù)據(jù)專業(yè)人才。21世紀(jì)人才質(zhì)量的高低才是決定一個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。作為一門新的領(lǐng)域，專業(yè)人才的缺失將限制大數(shù)據(jù)的發(fā)展速度。高校應(yīng)該充分發(fā)揮人才資源優(yōu)勢(shì)，合理開設(shè)專業(yè)課程，加大培養(yǎng)人才力度，促進(jìn)大數(shù)據(jù)專業(yè)的發(fā)展。同時(shí)應(yīng)該當(dāng)調(diào)整教學(xué)和管理隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置管理，引進(jìn)大數(shù)據(jù)專業(yè)人才，提高學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)應(yīng)用和開發(fā)水平。

利用高等數(shù)學(xué)微元思想，將機(jī)車運(yùn)行區(qū)間分為無限多個(gè)小模塊。利用基爾霍夫定律，分別視軌道-排流網(wǎng)與排流網(wǎng)-金屬結(jié)構(gòu)為兩個(gè)回路，得到電流電壓節(jié)點(diǎn)模型及參數(shù)，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(wǎng)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的電壓，V

近年來，宜昌市食品藥品監(jiān)管局認(rèn)真貫徹落實(shí)“四個(gè)最嚴(yán)”“四有兩責(zé)”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(xù)3年被香港城市競(jìng)爭(zhēng)力研究會(huì)評(píng)為“中國(guó)十佳食品安全城市”；在全國(guó)首批15個(gè)食品安全城市創(chuàng)建試點(diǎn)城市中期評(píng)估中以全國(guó)第二的成績(jī)進(jìn)入第一梯隊(duì)；2015年在湖北省食品藥品安全公眾滿意度民意調(diào)查中位列第一；創(chuàng)城工作被評(píng)為宜昌市2015年十件大事之一。成績(jī)?nèi)绾蔚脕?？?qǐng)看宜昌市局的答卷。

(

)——位置

處的軌道電流，A

(

)——位置

處的排流網(wǎng)電流，A

② 運(yùn)行區(qū)間對(duì)雜散電流的影響

——地鐵機(jī)車距離牽引變電所的距離，km

② 分布模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)

對(duì)圖4a、4c分別應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，得式(1)、(2)。對(duì)圖4b、4d分別應(yīng)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(tǒng)，建立分門別類、種類齊全的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理；構(gòu)建了一個(gè)天上有“云”（云計(jì)算中心）、地上有格（黨員管理網(wǎng)格）、中間有網(wǎng)的新型服務(wù)管理信息化支撐體系，規(guī)范服務(wù)管理工作流程。

(

)+d

(

)+

(

)

d

=

(

)+

(

)

d

長(zhǎng)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(xué)，機(jī)械式地向?qū)W生灌輸知識(shí)，而這種教學(xué)很容易挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于高效課堂教學(xué)的實(shí)現(xiàn)。隨著信息時(shí)代的到來，多媒體的出現(xiàn)也為高中生物課堂教學(xué)帶來了巨大便利。多媒體打破了傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)空上的限制，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)教學(xué)向動(dòng)態(tài)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。在高中生物課堂中，借助多媒體，可以創(chuàng)設(shè)良好的課堂環(huán)境，進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)實(shí)效。

(1)

(

)+d

(

)+

(

)

d

=

(

)+

(

)

d

(2)

(3)

(4)

在模型中近似認(rèn)為軌道電流、排流網(wǎng)電流、金屬結(jié)構(gòu)電流之和為牽引電流，則有：

=

(

)+

(

)+

(

)

(5)

——地鐵機(jī)車牽引電流，A

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

(6)

根據(jù)式(5)，則同理可由式(2)與式(4)得出：

(7)

由式(6)兩端進(jìn)行二次求導(dǎo)，變形可得：

(8)

將式(6)、(8)代入式(7)并化簡(jiǎn)可得：

(9)

為便于計(jì)算，可將式(9)表示為：

取列車運(yùn)行區(qū)間

為4 km，牽引電流取3 000 A。軌道縱向電阻、金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻取0.01 Ω/km，各絡(luò)層過渡電阻取15 Ω·km，排流網(wǎng)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(wǎng)縱向電阻下的雜散電流分布見圖8。

(10)

④ 排流網(wǎng)縱向電阻對(duì)雜散電流的影響

(11)

(12)

水利項(xiàng)目建設(shè)工程通過公開招標(biāo)確定投融資單位，由投融資單位負(fù)責(zé)籌措承包工程項(xiàng)目的建設(shè)資金，并通過BOT、TOT、BT等方式負(fù)責(zé)項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)。此種融資方式有利于擴(kuò)大社會(huì)資源優(yōu)化配置的范圍，有利于降低政府融資成本和財(cái)政資金壓力?！兑庖姟分赋鲆e極發(fā)展BOT、TOT、BT等新型水利項(xiàng)目融資模式，通過有資質(zhì)的水利項(xiàng)目建設(shè)方作為貸款主體，引導(dǎo)更多信貸資源支持水利建設(shè)。

在以下計(jì)算中，式(11)、(12)的±符號(hào)取正值。

式(10)～(12)中：

(13)

(14)

(15)

則可得到：

(16)

式中

、

、

、

——待定系數(shù)

再利用雙曲函數(shù)表達(dá)式對(duì)式(16)變形，可得到：

(

)=

sinh(

)+

cosh(

)+

(17)

式中

、

、

、

——待定系數(shù)

由式(6)可得：

(18)

理想條件下有邊界條件，

=0或

=

時(shí)，

(

)=

。

=0或

=

時(shí)，

(

)=0。將邊界條件

=0或

=

時(shí)，

(

)=

代入式(17)，可得式(19)、(20)。對(duì)式(17)兩端進(jìn)行兩次求導(dǎo)后，將邊界條件

=0或

=

時(shí)，

(

)=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(zhǎng)石化鋰輝石微斜長(zhǎng)石型偉晶巖：灰白色、淺肉紅色，塊狀交代結(jié)構(gòu)，偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、石英、云母及少量鋰輝石。其中鈉長(zhǎng)石約占30%，微斜長(zhǎng)石約占25%，石英約占30%，云母約占8%，鋰輝石約占5%。鈉長(zhǎng)石灰白色細(xì)粒砂糖狀，微斜長(zhǎng)石呈細(xì)粒粒狀交代結(jié)構(gòu)，石英呈他形不規(guī)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(lián)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(shù)

、

、

、

代入式(17)，即可得到軌道電流表達(dá)式。在4層結(jié)構(gòu)模型中，近似認(rèn)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(dá)式為：

(

)=

-

(

)=

-[

sinh(

)+

cosh(

)+

sinh(

)+

cosh(

)+

3'RACE擴(kuò)增產(chǎn)物膠回收產(chǎn)物純化后進(jìn)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(dá)式可看出，雜散電流與列車牽引電流

、軌道縱向電阻

、排流網(wǎng)縱向電阻

、金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻

、各絡(luò)層之間的過渡電阻(軌道-排流網(wǎng)與排流網(wǎng)-金屬結(jié)構(gòu)的過渡電阻

)、地鐵機(jī)車運(yùn)行區(qū)間

等因素有關(guān)。

4 雜散電流影響因素模擬分析

本節(jié)中，借助MATLAB軟件對(duì)所求得的雜散電流表達(dá)式進(jìn)行模擬分析，通過控制變量的方法，詳細(xì)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(guān)文獻(xiàn)確定各影響因素的取值范圍

。牽引電流：2 000～3 000 A。地鐵機(jī)車運(yùn)行區(qū)間：2～4 km。縱向電阻：0.001～1 Ω/km。各絡(luò)層之間的過渡電阻：0～150 Ω·km。

① 牽引電流對(duì)雜散電流的影響

取列車的運(yùn)行區(qū)間

為4 km，取軌道縱向電阻、排流網(wǎng)縱向電阻、金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻均為0.01 Ω/km，各絡(luò)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(jié)構(gòu)電流，A

在國(guó)有林場(chǎng)中工作的職工，每個(gè)人工作成績(jī)是不相同的，因此實(shí)施績(jī)效考核可以指導(dǎo)和監(jiān)督職工的工作情況，讓職工更加認(rèn)真盡責(zé)的開展工作是唯一的目標(biāo)?？?jī)效考核的主要作用有以下幾點(diǎn)：

列車運(yùn)行區(qū)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(yùn)行區(qū)間下的雜散電流分布見圖6。

③ 軌道縱向電阻對(duì)雜散電流的影響

取列車運(yùn)行區(qū)間

為4 km，牽引電流取3 000 A。排流網(wǎng)縱向電阻、金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻取0.01 Ω/km，各絡(luò)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(shù)

(

)-

″(

)+

(

)-

=0

⑤ 過渡電阻對(duì)雜散電流的影響

取列車運(yùn)行區(qū)間

為4 km，牽引電流取3 000 A。取軌道縱向電阻、排流網(wǎng)縱向電阻、金屬結(jié)構(gòu)縱向電阻均為0.01 Ω/km，軌道-排流網(wǎng)過渡電阻、排流網(wǎng)-金屬結(jié)構(gòu)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(jié)

由上述模擬過程可以看出，列車牽引電流、列車運(yùn)行區(qū)間、軌道縱向電阻、軌道-排流網(wǎng)過渡電阻、排流網(wǎng)-金屬結(jié)構(gòu)過渡電阻取值不同時(shí)，均會(huì)對(duì)雜散電流的分布產(chǎn)生較明顯的影響。

其中，牽引電流越大，在同一區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的雜散電流越大，如圖5所示，

為3 000 A時(shí)，雜散電流峰值約為4 A。列車運(yùn)行區(qū)間越長(zhǎng)，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(qū)間內(nèi)雜散電流越多，且影響十分明顯，如圖7所示。不同絡(luò)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(jù)圖8，排流網(wǎng)縱向電阻變化時(shí)，對(duì)雜散電流影響很小，但排流網(wǎng)可使泄漏出的雜散電流多數(shù)回流至變電站負(fù)極，減少流向埋地管道的雜散電流，降低管道腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

5 雜散電流源控制法防護(hù)策略

為降低雜散電流對(duì)埋地燃?xì)夤艿赖母g，從源頭上加以控制是最主要的防護(hù)措施。由上述建模推導(dǎo)及模擬分析可看出牽引電流、運(yùn)行區(qū)間、軌道縱向電阻、過渡電阻等均會(huì)在較大程度上影響雜散電流的產(chǎn)生與分布

。對(duì)于源控制法防護(hù)，可從以下4個(gè)方面分析。

出來才發(fā)現(xiàn)天已經(jīng)很晚了，半邊天繁星閃爍，半邊天烏云密布，風(fēng)涼絲絲的，像是暴雨要來了。我們從白云賓館左邊的一個(gè)小巷里拐進(jìn)去，好幾次我想擠到前面去，想問問那個(gè)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(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，試了幾次都沒有成功。

① 減小牽引電流

考慮成本效益，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能減小地鐵牽引電流，減少雜散電流對(duì)埋地管道的腐蝕。

② 縮短列車運(yùn)行區(qū)間

列車運(yùn)行區(qū)間同樣是影響雜散電流的一個(gè)重要因素，相鄰兩變電站之間的距離不宜過大?？紤]到經(jīng)濟(jì)條件，應(yīng)在可接受范圍內(nèi)適當(dāng)增加變電站，縮短運(yùn)行區(qū)間，減少雜散電流。

③ 減小軌道縱向電阻

在地鐵設(shè)計(jì)初期階段，應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)論及建議

① 牽引電流、運(yùn)行區(qū)間、軌道縱向電阻、過渡電阻取值不同時(shí)，雜散電流會(huì)有較明顯的變化，排流網(wǎng)縱向電阻對(duì)雜散電流的產(chǎn)生與分布影響較小。

② 實(shí)際工程中，可從源頭上采取措施減少雜散電流的產(chǎn)生，如采取高電壓供電系統(tǒng)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(yùn)行區(qū)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?jī)?nèi)容可為現(xiàn)場(chǎng)工程雜散電流腐蝕防護(hù)提供參考，使燃?xì)夤艿栏鼮榘踩€(wěn)定運(yùn)行。

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