[发明专利]基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法

权利要求书

1.一种基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立电阻网络模型，通过电阻网络模型计算地铁运行期间由钢轨泄露流入大地的杂散电流；

步骤2：根据大地电性及其构造数据，建立大地的三维电阻率模型，并利用大地的三维电阻率模型计算地铁近区变电站的地电位；

步骤3：分析电网偏磁电流的影响因素，利用GIC-Benchmark方法对电网结构、导线电阻、变压器接线和绕组电阻做简化处理得到简化后的变电站与供电线路偏磁电流等效电路；

步骤4：基于GIC-Benchmark方法和步骤3得到的等效电路，建立电网偏磁电流模型，并计算电网各个变电站中性点的直流偏磁电流。

2.如权利要求1所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，步骤1中，杂散电流的流通路径为在列车车轮处由轨道向外泄漏，经轨道道床结构、排流网进入大地，由大地流回变电站。

3.如权利要求2所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，步骤1的具体步骤为：

首先考虑管道与轨道平行分布的情况，将轨道、排流网和大地简化为层叠的电阻，建立电阻网络模型，然后根据电阻数据和电阻网络模型，计算得到列车行驶到某一位置时的杂散电流；

设置列车从位置1行驶至位置2，得到列车在运行期间由钢轨泄漏流入大地的杂散电流。

4.如权利要求3所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，电阻网络模型的KCL和KVL方程分别为：

式中：代表轨道上的电流，R_G代表钢轨纵向电阻，R_P为排流网纵向电阻，是排流网的电流，g₁是钢轨与排流网的过渡电导，g₂是排流网与大地的过渡电导，u₁(x)代表轨道与排流网的过渡电导上的电压，u₂(x)代表排流网与大地的过渡电导上的电压；

假设列车行驶到距变电站x米时产生的总的杂散电流为I_sc，杂散电流I_sc的计算公式为：

I_sc就是列车在全线行驶时的杂散电流，代表轨道上的电流，是排流网的电流，I是流过列车的电流，i_sc1、i_sc2代表每个微元的杂散电流。

5.如权利要求4所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，步骤2的具体步骤为：

假设地铁正常运行时，有杂散电流流入大地，将该入地杂散电流视为地铁近区变压器偏磁电流的驱动电流源；

基于麦克斯韦方程组推导并求解铁轨附近的场域方程，并利用场域方程表达大地电位分布规律。

6.如权利要求5所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，杂散电流的麦克斯韦微分方程基本形式如式(4)和(5)所示，其辅助方程如式(6)和(7)所示：

其中，代表del算子，→是向量符号，E为电场强度；J为电流密度；ρ_v为体电荷密度；σ为电导率；U为标量电位，t是时间；

基于上述表达式，改用待求场量U描述电流场两种形式的方程，其中，两种形式为不包括电流源的Laplace方程，如式(8)所示和包含电流源的Poisson方程，如式(9)所示：

7.如权利要求6所述的基于地铁近区大地和电网模型的变压器偏磁电流计算方法，其特征在于，采用KVL法计算偏磁电流；

计算偏磁电流的KVL方程组为：

其中，n为节点数，I₀为入地杂散电流在各个变电站的分布值，R_ii为i点自导纳，i＝1,2,…,n，R_ij为i点与j点互导纳，j＝1,2,…,n，u_i和I_i为接地点i的电位和电流，R_0i是变电站的等效接地电阻。