[发明专利]一种杂散电流和轨道电位模拟装置

说明书

本发明公开一种杂散电流和轨道电位模拟装置，包括：电流源、第一电压源、第二电压源、双向可变电阻模块和定值电阻。电流源为交流电流源，用于模拟列车电流，第一电压源用于模拟供电区间左侧牵引变电所，第二电压源用于模拟供电区间右侧牵引变电所，双向可变电阻模块用以模拟走行轨纵向电阻，定值电阻用以模拟走行轨对地电阻。通过调节双向可变电阻模块的电阻值，实现列车位于供电区内不同位置处的杂散电流和轨道电位模拟。本发明具有结构简单、可模拟列车运行工况多样以及同时适用于接地和浮地系统等优点。

技术领域

本发明涉及电气化轨道交通和电力电子变换器技术领域，具体说是一种杂散电流和轨道电位模拟装置。

背景技术

在轨道交通直流牵引系统中，出于经济运行的考虑，走行轨被同时用作列车牵引电流的返回路径。由于走行轨和大地之间不可能完全绝缘，一部分牵引电流泄漏进入道床，然后再经过道床结构钢筋、隧道结构钢筋以及地下埋设金属管线等介质重新流入走行轨或牵引变电所负极，这部分电流称之为杂散电流，又称作迷流。杂散电流会对轨道交通牵引系统附近的走行轨以及金属结构造成严重的腐蚀，导致地下埋设金属管线的使用寿命大大缩短，更为严重的是可能进一步引发火灾和爆炸事故。与此同时，当牵引电流流过走行轨时，通常会在走行轨和大地之间产生几十伏甚至上百伏的电压降，并且在列车所在位置处达到其最大值，这也会对人体的生命安全构成潜在的危害。

正是因为杂散电流与轨道电位引发的危害巨大，针对轨道交通直流牵引系统，相关学者进行了大量关于测量和控制杂散电流以及轨道电位的研究。但是，由于存在测试成本高，测试周期长以及测试环境不安全等诸多问题，使得在实际轨道交通系统中开展上述研究十分困难。因此，许多用于模拟杂散电流和轨道电位的模型被提出，这些模型基本上分为两类：多维度模型和阻抗模型。由于复杂的建模和计算过程，多维度模型的应用范围受到了很大的限制，相比之下，阻抗模型由于其简单的结构和易于构建的特点而被广泛使用。然而，对于阻抗模型，如果需要获得杂散电流和轨道电位的动态分布，整个模拟系统所需要的电阻数量将是无限的，此外，还需要在列车的每一个位置处都进行一次实验，这无疑也是一项繁重的工作。

现有的轨道交通杂散电流和轨道电位模拟装置，在传统阻抗模拟系统的基础上，通过使用电力电子变换器作为可变电阻代替普通电阻很好的解决了以上的两个问题，但同时仍然存在一些不足：第一，受限于电力电子变换器拓扑本身的特点，模拟装置不能同时模拟多个列车运行工况下的杂散电流和轨道电位；第二，模拟装置只适用于接地型轨道交通牵引系统，并不适用于浮地型轨道交通牵引系统，而目前国内外的轨道交通牵引系统大多属于浮地型，这就使得现有模拟装置的使用范围受到了很大的限制；第三，模拟装置的结构复杂，需要使用的电力电子变换器数量庞大，种类较多。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于针对现有轨道交通杂散电流和轨道电位模拟装置存在的模拟列车运行工况单一，适用范围狭小以及结构复杂的不足，提出一种杂散电流和轨道电位模拟装置。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种杂散电流和轨道电位模拟装置，包括：电流源1、第一电压源2、第二电压源3、第一双向可变电阻模块4、第二双向可变电阻模块5、第三双向可变电阻模块6、第四双向可变电阻模块7、第五双向可变电阻模块8、第六双向可变电阻模块9和定值电阻10；

所述电流源1为交流电流源，用于模拟列车电流；

所述第一电压源正极端21与电流源负极端11连接，第一电压源负极端22分别与第一双向可变电阻模块第一端子41、第一接地端子G1连接，所述第一电压源2用于模拟供电区间左侧牵引变电所；

所述第二电压源正极端31与电流源负极端11连接，第二电压源负极端32分别与第六双向可变电阻模块第二端子92、第五接地端子G5连接，所述第二电压源3用于模拟供电区间右侧牵引变电所；