[发明专利]一种复杂地质条件下地铁杂散电流计算方法

说明书

本发明公开了一种复杂地质条件下地铁杂散电流计算方法，具体为：根据调研地铁现场及施工图纸获得地铁相关参数，将复杂地质离散为多个单元，对每个单元分别设置单位电导率来模拟复杂地质条件；分别计算土壤单元的单元导纳矩阵、整体导纳矩阵、导体单元导纳矩阵；设置牵引电流、牵引回流大小；计算各个单元节点的电位，最终求得各个单元的杂散电流分布。本发明应用于城市轨道交通系统，可以计算任意复杂地质条件下杂散电流和土壤电位分布。

技术领域

本发明属于城市轨道交通领域，具体涉及一种复杂地质条件下地铁杂散电流计算方法。

背景技术

随着大中型城市的迅速崛起，我国建设城市轨道交通的力度空前。在地铁设计之初，兼顾建设结构与施工成本，钢轨兼行车和回流两方面作用。此种设计简化了设计结构以及节约了建设成本的同时也造成了很多弊端。由于钢轨存在纵向电阻以及钢轨对地不能做到完全绝缘，牵引电流在回流的过程中部分泄漏至大地中形成杂散电流。杂散电流引发许多工程问题，例如轨电位抬升影响站台工作人员和乘客的安全、腐蚀地下金属结构以及影响交流电网主变引发直流偏磁问题。

由于杂散电流有一定的随机性且建设地铁的地质结构复杂多样。目前对于杂散电流分布情况的研究大多集中于均匀土壤等简单模型，缺乏对于复杂地质条件下杂散电流分布情况的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复杂地质条件下地铁杂散电流计算方法。

一种复杂地质条件下地铁杂散电流计算方法，具体步骤为：

步骤1：根据调研现场及施工图纸，获取地铁相关参数，并定义空间直角坐标系原点位置；

步骤2：划分土壤单元：

根据复杂地质情况，将土壤分为H层，其中第h层的厚度为H_h；并将第h层的土壤沿地铁线路方向分为M段，第m段的长度为L_m，将第h层的土壤沿水平垂直地铁方向分为N段，第n段的长度为W_n，其中h＝1，2，…，H；m＝1，2，…，M；n＝1，2，…，N；整个土壤划分为T＝M×N×H个土壤单元，共产生Q＝(M+1)×(N+1)×(H+1)个节点；

步骤3：建立节点矩阵JD：

S3A：将步骤2得到的节点按从左到右、从上到下、从前往后的规则进行编号，编号为1～Q；

S3B：定义1号节点的位置为空间直角坐标系原点(0,0,0)，根据地铁线路长度、土壤厚度、土壤宽度以及土壤单元划分情况，获取任意节点在空间直角坐标系中的坐标值(x，y，z)，其中x为沿地铁线路方向，y为水平垂直地铁线路方向，z为土壤深度方向；

S3C：定义一个Q行4列的矩阵JD，矩阵中第1列元素为节点编号，第2～4列元素分别为节点对应的坐标值x、y、z；

步骤4：建立土壤单元矩阵DY：

S4A：将步骤2得到的土壤单元按从左到右、从上到下、从前往后的规则进行编号，编号为1～T；并将第t个单元的8个节点按从左到右、从上到下、从前往后的规则进行编号，编号为t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，t₇，t₈；其中t＝1,2,…,T；

S4B：定义一个T行10列的矩阵DY，矩阵中第1列为单元编号，第2～9列为t₁～t₈个节点的编号，第10列为该土壤单元对应的土壤的单位电导率；

步骤5：计算任意土壤单元的单元导纳矩阵：