城軌直流牽引供電系統中鋼軌對地存在分布電阻，部分回流電流泄漏至大地并在牽引所附近流回整流機組負極，這部分電流被稱為雜散電流。雜散電流對埋地金屬結構產生電化學腐蝕。實際運行過程中，多牽引變電所并列運行，多列車移動負荷隨時間動態變化，引起全線鋼軌電位、雜散電流動態變化，造成地鐵沿線附近地中電位不斷波動，埋地金屬結構受到的腐蝕也隨之變化。為了治理埋地金屬結構的電化學腐蝕問題，需要確定雜散電流干擾范圍和影響程度，并采取相應的防治措施。

西南交通大學電氣工程學院等單位的科研人員研究了多區間多列車情況下雜散電流對地鐵沿線附近地下環境的影響范圍和程度，推導多列車多區間雜散電流隨時間動態變化的分布模型；考慮介質分層情況，采用疊加原理建立雜散電流在地中電位分布的模型，獲得沿地鐵線路附近地電位梯度動態變化的特征；通過CDEGS仿真驗證分層介質中電位分布模型的準確性；結合實際線路的工程案例，分析雜散電流對地下環境的干擾，探討過渡電阻、縱向電阻、介質電阻率、計算距離對地電位梯度的影響。

圖1 雜散電流在分層介質中的擴散模型

圖2 仿真計算示意圖

科研人員指出，提高鋼軌對排流網過渡電阻是控制直流牽引供電系統沿線大地電位梯度的最重要措施。與地鐵保持較遠的距離，是減小雜散電流影響程度的關鍵。本次分析的線路列車采用6B編組，最大速度80km/h，發車間隔2min，混凝土電阻率為0.503Ω?km，土壤電阻率為38.9Ω?m，埋地金屬結構與地鐵線路距離50m時，鋼軌過渡電阻值提高至40Ω?km以上，或鋼軌過渡電阻值為5.31Ω?km時，埋地金屬結構與地鐵線路的距離增大至0.25km以上，全線任意位置均小于2.5mV/m。

本文編自2021年第23期《電工技術學報》，論文標題為“直流動態雜散電流在分層介質中的擴散模型”，作者為劉煒、尹乙臣 等。