[发明专利]一种考虑趋肤效应影响的钢轨等效电阻计算方法

说明书

本发明提供了一种考虑趋肤效应的钢轨等效电阻计算方法。该方法包括：采用等效截面法将钢轨的不规则截面等效为圆柱形导体截面，获取钢轨等效圆柱形导体半径；将包含多频率成分的轨道电流分解为不同频率叠加的周期性间隔的傅里叶级数形式，得到每个频率的钢轨电流；基于每一频率的钢轨电流和钢轨等效圆柱形导体半径计算出每个频率下钢轨的趋肤效应等效电阻；基于涡流损耗平衡原理将所有频率下钢轨的趋肤效应等效电阻求和，得到钢轨电流整体激励下的钢轨等效电阻。本发明的计算结果精度高，提升了钢轨电位评估结果的可靠性，对保证城市轨道交通的安全运行具有重要意义。适用于实际条件下钢轨电阻的计算，也适用于回流系统建模中钢轨参数的计算。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种考虑趋肤效应影响的钢轨等效电阻计算方法。

背景技术

当前国内外城市轨道交通线路绝大多数采用直流牵引供电系统，并以走行钢轨回流。为避免钢轨中的回流流入大地形成杂散电流造成腐蚀危害，走行钢轨一般通过绝缘垫、道床等与大地绝缘。但实际上走行钢轨与大地之间不可能做到完全绝缘，且走行钢轨本身具有一定的电阻率，因此走行钢轨中的电流难免会有一部分流入大地并形成对地电位，给牵引所及列车附近的维护人员和乘客带来了安全隐患。

钢轨对地电位主要受钢轨电阻的影响，现阶段通常采用直流条件下测得的钢轨电阻作为评估钢轨电位等级的关键因素。然而实际运行中，钢轨中电流常处于低频交流的状态，其产生的趋肤效应对钢轨电阻的影响不可忽略。未考虑趋肤效应影响的钢轨电阻对钢轨电位的评估是不准确的，因此根据城市轨道交通实际运行状态计算钢轨电阻对提升钢轨电位评估结果的可靠性是十分必要的。

发明内容

本发明的实施例提供了一种考虑趋肤效应影响的钢轨等效电阻计算方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种考虑趋肤效应影响的钢轨等效电阻计算方法，包括：

采用等效截面法将钢轨的不规则截面等效为圆柱形导体截面，获取钢轨等效圆柱形导体半径；

将包含多频率成分的轨道电流分解为不同频率叠加的周期性间隔的傅里叶级数形式，得到每个频率的钢轨电流；

基于每一频率的钢轨电流根据趋肤效应定义的趋肤深度和钢轨等效圆柱形导体半径计算出每个频率下钢轨的趋肤效应等效电阻；

基于涡流损耗平衡原理将所有频率下钢轨的趋肤效应等效电阻求和，得到钢轨电流整体激励下的钢轨等效电阻。

优选地，所述的采用等效截面法将钢轨的不规则截面等效为圆柱形导体截面，获取钢轨等效圆柱形导体半径，包括：

采用等效截面法将钢轨的不规则截面等效为圆柱形导体截面，根据钢轨的圆柱形导体截面面积计算出钢轨等效圆柱形导体半径；

其中，A为钢轨的圆柱形导体截面面积，r为钢轨等效圆柱形导体半径。

优选地，所述的将包含多频率成分的轨道电流分解为不同频率叠加的周期性间隔的傅里叶级数形式，得到每个频率的钢轨电流，包括：

将包含多频率成分的钢轨电流看作以发车间隔时间为周期的周期性电流，将轨道电流分解为不同频率叠加的周期性间隔的傅里叶级数形式，该傅里叶级数形式中的第n次谐波分量的有效值对应第n个频率的钢轨电流，如式(2)所示：

其中，I_r为钢轨电流，I_dc为钢轨电流中的直流分量，I_n为钢轨电流中n次谐波分量的有效值，为n次谐波分量的初始相角。