基于地表电位梯度的地铁杂散电流动态干扰范围评估模型

引用本文

王禹桥, 黄玉坚, 彭成宽, 李威, 王承涛. 基于地表电位梯度的地铁杂散电流动态干扰范围评估模型[J]. 北京交通大学学报, 2020,44(3): 30-36.
WANG Yuqiao, HUANG Yujian, PENG Chengkuan, LI Wei, WANG Chengtao. Evaluation model for dynamic interference of subway stray current based on surface potential gradient[J]. JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY, 2020,44(3): 30-36.
Doi:10.11860/j.issn.1673-0291.20200008 复制到剪切板

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基于地表电位梯度的地铁杂散电流动态干扰范围评估模型

王禹桥¹, 黄玉坚², 彭成宽², 李威¹, 王承涛¹

1.中国矿业大学机电工程学院, 江苏徐州 221116

2.佛山市铁路投资建设集团有限公司,广东佛山 528000

第一作者:王禹桥(1974—),男,四川巴中人,副教授,博士. 研究方向为地铁杂散电流分布建模及其监测、防护方法. email:cumtwyq@cumt.edu.cn.

收稿日期: 2020-02-24

基金: 国家自然科学基金(51607178)

摘要

地铁系统在中国城镇化建设过程中日益迅猛发展,其中的杂散电流腐蚀问题在保证系统安全可靠运行的过程中不容忽视.在杂散电流电阻网络模型和电流场分布公式的基础上,提出基于地表电位梯度的地铁杂散电流动态干扰范围评估模型,在模型中考虑了由于机车运行状态不同导致牵引电流的差异.使用现场测量的机车牵引电流变化曲线对模型进行了算例分析,并研究了过渡电阻对于电位梯度分布的影响规律.该模型能够根据国标GB/T 19285—2003中所规定的电位梯度阈值,进行考虑机车运行状态下的杂散电流干扰范围评估,并为地铁附近管线建设选址、腐蚀防护提供有效参考.

关键词: 杂散电流; 干扰范围; 埋地管线; 电位梯度

中图分类号:U231 文献标志码:A 文章编号:1673-0291(2020)03-0030-07

Evaluation model for dynamic interference of subway stray current based on surface potential gradient

WANG Yuqiao¹, HUANG Yujian², PENG Chengkuan², LI Wei¹, WANG Chengtao¹

1. School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116, China

2. Foshan Railway Investment Construction Group Co.,Ltd.,Foshan Guangdong 528000, China

Fund:National Natural Science Foundation of China (51607178)

Abstract

The subway system is developing gradually in the process of urbanization in China. The problem of stray current corrosion cannot be ignored for ensuring the safe and reliable operation of the system. According to the stray current resistance network model and the current field distribution formula, and evaluation model for the dynamic interference induced by stray current based on the surface potential gradient is proposed. In this model, the different in traction current due to different operation mode of the locomotive is considered. The model of the locomotive traction current measured on site is utilized to analyze the model, and the sensitivity analysis of the transition resistance on the potential gradient distribution is studied. The proposed model can be employed to evaluate the range of stray current interference according to the threshold specified in GB/T 19285-2003, and provide an effective reference for the reasonable site election and corrosion protection of buried pipeline near the subway.

Keyword: stray current; interference scope; buried pipeline; potential gradient

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作为现代城市公共交通不可或缺的组成部分, 地铁扮演了缓解城市交通拥挤的重要角色.在地铁日常运营过程中, 地铁系统内部钢筋混凝土结构和外部埋地管线常发现有电流泄漏的迹象, 这部分泄漏的电流被称为杂散电流^[1].地铁杂散电流会对埋地金属结构, 尤其是埋地金属管线造成严重的电化学腐蚀影响.当埋地金属管线中的运输介质为石油、天然气、煤气等易燃介质时, 如果由于腐蚀穿孔而导致运输介质泄漏, 将会对地铁系统及其周边城市区域产生极大的安全隐患和威胁^[2].现已有因杂散电流泄漏而造成的事故报道^[3], 在地铁轨道交通日益迅猛发展的今天, 杂散电流对于埋地管线的腐蚀威胁在地铁系统日常运行过程中不容忽视, 杂散电流理论分析^{[4, 5]}、监测^{[6, 7]}及防护方法^{[8, 9]}的研究对于减少杂散电流的腐蚀危害有着至关重要的作用.

经过近年来国内外学者的不断研究, 在杂散电流建模、形成机理、监测方法等方面取得了一定的研究进展, 对于杂散电流泄漏及其腐蚀现象的理解不断加深^{[10, 11]}.地铁杂散电流分布现认为是通过土壤电解质进行传导的难以直接检测的泄漏电流, 其三维分布特性在理论分析和实际工程防护中均难以忽视.现有杂散电流分部模型主要通过电阻网络模型计算杂散电流在机车运行区间内的分布情况.文献[12]建立了高架铁路埋地管线存在涂层缺陷情况下的杂散电流分布参数模型, 重点分析了机车位置影响下埋地管线集中电压和整个管线上的电压分布情况.文献[13]建立了考虑机车运行状态的地铁杂散电流分布模型, 结合地铁牵引计算模型和杂散电流动态分布模型, 实现了基于电阻网络的地铁杂散电流在时域的动态分析.与此同时, 基于ANSYS、COMSOL和CDEGS等软件平台的仿真模型, 也为分析具体工程环境下的杂散电流分布情况提供了一种方法.文献[14]借助CDEGS仿真平台, 建立了盾构隧道、明挖隧道等工程环境下的杂散电流分布模型, 评估了在考虑机车再生制动情况下的总泄漏电量以及排流网排流效率等重要参数.文献[15]基于有限元软件ANSYS建立了杂散电流泄漏下地铁隧道结构的电位分布模型, 并根据分析结果提出使用等电位连接法解决隧道管片钢筋的阳极腐蚀问题.

尽管目前已经对杂散电流分布进行了一定程度的理论研究, 由于杂散电流在地铁系统附近具有扩散分布的特点, 因此仍需要从三维空间的角度研究杂散电流干扰现象.本文作者结合区间内杂散电流泄漏量计算方法和均匀电解质内电流场分布模型, 提出地铁杂散电流动态干扰范围评估模型, 该模型考虑地铁机车动态特性对于杂散电流分布的影响, 通过地表电位梯度判断杂散电流干扰范围, 能够为杂散电流对于周边管线腐蚀影响程度的评定提供一种计算参考方法.

1 基于电阻网络的杂散电流分布模型

出于对经济等方面因素的考量, 目前地铁直流牵引系统内主要使用走行轨作为电气机车的回流通道, 但在长时间的运行过程中, 由于钢轨对地绝缘结构的老化, 会导致杂散电流^[16]泄漏至大地.以轨道-埋地金属-大地电阻结构为例, 将地下结构简化为电阻网络, 其电阻分布网络如图1所示.其中:i(x)为轨道电流; i_R(x)为排流网电流.

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	图1 钢轨-排流网-大地电阻网络模型示意图Fig.1 Schematic diagram of rail-drainage mat-earth resistance network model

在牵引变电所单边供电的情况下, 基于轨道-埋地金属-大地电阻的杂散电流和轨道电压为^[17]

$u (x) = - I_{0} Z \frac{R_{S}}{R_{S} + R_{R}} th (\frac{αL}{2}) \cdot ch (αx) + I_{0} Z \frac{R_{S}}{R_{S} + R_{R}} \cdot sh (αx)$ (1)

$i_{s} (x) = I - i (x) = I_{0} \frac{R_{S}}{R_{S} + R_{R}} th (\frac{αL}{2}) \cdot sh (αx) - I_{0} \frac{R_{S}}{R_{S} + R_{R}} \cdot ch (αx) + I_{0} \frac{R_{S}}{R_{S} + R_{R}}$ (2)

$α = \sqrt[]{\frac{R_{S} + R_{R}}{R_{g}}}$ (3)

$Z = \sqrt[]{R_{g} \cdot (R_{S} + R_{R})}$ (4)

式中:R_g为轨道对埋地金属结构的过渡电阻; R_S为走行轨的纵向电阻; R_R为埋地管线的纵向电阻; u(x)为走行轨在x处的电压; i_s(x)为轨道泄漏的杂散电流; x为测量点距变电所的距离; L为机车距离变电所的距离; I₀为机车取流电流.在该模型中, 假设钢轨纵向电阻、钢轨对地电阻、管线纵向电阻和大地电阻在区间内是均匀分布的.类似地, 可以求出在双边供电情况下钢轨电位和杂散电流分布为

$u (x) = \{\begin{array}{l} \frac{I_{0} (L - L_{1}) R_{S} Z}{L (R_{S} + R_{R})} [sh (αx) - th (\frac{α L_{1}}{2}) ch (αx)], 0 \leq x \leq L_{1} \\ \frac{I_{0} L_{1} Z R_{S}}{L (R_{S} + R_{R})} \frac{ch (αx - αL) - ch (αx - α L_{1})}{sh (α L_{1} - αL)}, L_{1} \leq x \leq L \end{array}$ (5)

$i_{s} (x) = \{\begin{array}{l} \frac{I_{0} (L - L_{1}) R_{S}}{L (R_{S} + R_{R})} [1 + sh (αx) th (\frac{α L_{1}}{2}) - ch (αx)], 0 \leq x \leq L_{1} \\ \frac{I_{0} L_{1} R_{S}}{L (R_{S} + R_{R})} [1 - \frac{sh (α L_{1} - αx) - sh (αL - αx)}{sh (α L_{1} - αL)}], L_{1} \leq x \leq L \end{array}$ (6)

式中:L₁表示机车所在位置.

2 杂散电流动态分布特性

地铁列车在一个运行区间内从启动到进站停车, 一般均经历启动加速、惰性运动和减速制动的过程, 是典型的变加速过程^{[18, 19]}.根据列车在运行中所受到的合力不同, 将其分为牵引状态、惰行状态和制动状态3个状态.由于在不同状态下机车的牵引电流不同, 因此在考虑区间内钢轨纵向电阻和轨地过渡电阻均匀分布的情况下, 不同状态下的泄漏电流也会发生一定的差异.以上两方面决定了在考虑运行状态的情况下, 不同时间内的地表电位梯度分布也会发生相应的变化.根据某地铁线路参数, 计算运行区间内不同时刻的机车位置和牵引电流变化, 如图2所示.

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	图2 地铁机车动态特性Fig.2 Dynamic characteristics of subway locomotive

根据图2中的计算结果, 机车在0~39 s处于加速阶段, 在39~136.2 s处于惰行阶段, 在136.2~170 s处于减速阶段.地铁机车牵引电流在牵引状态下牵引电流呈现先上升后下降的趋势, 在进入惰性状态的一瞬间, 牵引电流发生瞬变而下降至几乎接近于0点, 此时牵引电流所产生的牵引力的大小只需要保证与机车运行阻力平衡进而导致机车匀速运行即可.在进入制动状态后, 牵引电流反向瞬变并首先增大, 而后逐渐衰减至0点, 直至机车进站.进一步地, 根据图2中的牵引电流变化规律, 计算不同时刻下区间内不同位置的杂散电流分布和钢轨电位情况(30、70和150 s), 如图3所示, 其中区间长度L为3 km, 过渡电阻设置为3 Ω· km, 埋地金属纵向电阻为0.01 Ω/km, 走行轨纵向电阻设置为0.018 3 Ω/km.牵引电流在机车不同位置的变化, 以及不同位置的运行状态所对应的牵引电流, 导致了杂散电流和钢轨电位在区间内分布情况发生了较大的差异.不同运行时间钢轨分布的极值点即为机车位置, 因此会随机车位置不断变化.由于减速状态牵引电流方向与加速阶段相反, 导致杂散电流在区间内的流向也与加速阶段相反, 因而图3中减速阶段杂散电流和钢轨电位为负值.

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	图3 不同运行时间的杂散电流分布Fig.3 Stray current distribution at different operating times

3 杂散电流干扰范围动态范围建模

均匀电解质中电流场的分布解析式^[20]

$v (r, z) = \frac{Iρ}{4 π} \overset{\infty}{\int_{0}} J_{0} (λr) \times [\exp (- λ |z - h|) + \exp (- λ (z + h))] d λ$ (7)

式中:h为电流源的深度, m; λ 为积分变量; ρ 为均匀土壤介质中电阻率, Ω· m; I为点电源泄漏电流大小, A; J₀(· )为零阶一类贝塞尔函数; r为所求电位点与泄漏点电源在水平方向上距离, m, r²=x²+y².

通过Lipschitz积分化简为

$v (x, y, z) = \frac{Iρ}{2 π} \frac{1}{\sqrt[]{{(z - h)}^{2} + x^{2} + y^{2}}}$ (8)

对于泄漏电源在地表处所产生的地表电位, h=0, z=0.假设区间内走行轨附近地表有一点P(x, y), 如图4所示, 区间内沿钢轨方向每一点泄漏至地中的电流均会通过电流场对P点的地表电位产生影响, 因此可以表示为区间内所有电流泄漏点在P点产生电位的积分.基于这一思路, 首先求得由于泄漏的杂散电流所造成的地表一点的电位, 进而可以通过地表电流场分布情况求得该点的地表电位梯度大小.在本模型中, 假设土壤电阻率为均匀分布的情况.若土壤电阻率为水平分层分布的情况, 可通过在深度方向进行分段积分处理.

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	图4 范围评估模型思路示意图Fig.4 Schematic diagram of the scope assessment model

进一步地, 需求解区间内钢轨上每一点的泄漏电流I.在钢轨dt长度上, 泄漏电流可以表示为

$I = d i_{leak} (t) = \frac{u (x) \cdot d t}{R_{g}}$ (9)

因此, 单边供电区间内的杂散电流在P点产生的地表电位为

$P (x, y) = \int_{0}^{L} \frac{i_{leak} (t) ρ}{2 π} \cdot \frac{1}{\sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}} d t$ (10)

进一步表示为

$P (x, y) = \frac{ρ I_{0} R_{S} Z}{2 π (R_{S} + R_{R}) R_{g}} \int_{0}^{L} [- \frac{e^{\frac{αL}{2}} - e^{- \frac{αL}{2}}}{2 (e^{\frac{αL}{2}} + e^{- \frac{αL}{2}})} \cdot \frac{e^{αt} + e^{- αt}}{\sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}} + \frac{e^{αt} - e^{- αt}}{2 \sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}}] d t$ (11)

根据电位梯度绝对值的定义得

$|grad (x, y)| = \sqrt[]{{(\frac{\partial P}{\partial x})}^{2} + {(\frac{\partial P}{\partial y})}^{2}}$ (12)

在双边供电的情况下, 区间内所产生的杂散电流对区间附近一点造成的地表电位为

$P (x, y) = \frac{I_{0} ρ (L - L_{1}) R_{S} Z}{2 π L (R_{S} + R_{R}) R_{g}} \int_{0}^{L} [\frac{e^{αt} - e^{- αt}}{2 \sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}} - \frac{e^{\frac{α L_{1}}{2}} - e^{- \frac{α L_{1}}{2}}}{2 (e^{\frac{α L_{1}}{2}} + e^{- \frac{α L_{1}}{2}})} \cdot \frac{e^{αt} + e^{- αt}}{\sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}}] d t, 0 \leq t \leq L_{1}$ (13)

$P (x, y) = \frac{I_{0} ρ L_{1} R_{S} Z}{2 π L (R_{S} + R_{R}) R_{g}} \int_{0}^{L} [\frac{e^{αt - αL} + e^{αL - αt} - e^{αt - α L_{1}} - e^{α L_{1} - αt}}{e^{α L_{1} - αL} - e^{αL - α L_{1}}} \cdot \frac{1}{\sqrt[]{{(x - t)}^{2} + y^{2}}}] d t, L_{1} \leq t \leq L$ (14)

根据式(13)和式(14)中的地表电位, 代入式(12)中即可求出双边供电情况下, 区间附近任意一点的地表电位梯度.

国标GB/T 19285—2003《埋地钢制管道腐蚀防护工程检验》中规定:土壤表面电位梯度大于0.5 mV/m时, 确认为有直流干扰; 管道附近土壤表面电位梯度大于2.5 mV/m时, 应采取直流排流保护或其他防护措施^[21].因此, 通过计算地表电位梯度并与GB/T 19285-2003中所述阈值进行比较, 能够有效分析直流干扰范围, 该模型为杂散电流干扰范围的评估提供了一种新的方法.

4 仿真结果分析

根据所建立的地表电位梯度模型, 在Matlab R2015b中进行仿真, 选取与运行轨道平行相距200 m处的直线进行分析, 所选取的牵引电流和机车位置曲线如图2所示, 所选取的电气参数与第2部分的参数相同.地表电位梯度在机车运行时间内的区间不同位置的分布情况如图5所示, 其中过渡电阻、走行轨纵向电阻和埋地金属纵向电阻与图3中参数相同, 土壤电阻率设置为50 Ω· m.可以看出, 在不同的机车运行状态下, 区间附近地表电位梯度呈现出了不同的分布特性.在机车处于加速状态时, 地表电位梯度分布呈现两个极值的特点, 如图5中30 s时的地表电位梯度分布所示; 而当机车处于惰行状态时, 由于机车的牵引电流较小, 因此地表电位梯度水平整体较低, 如图5中70 s时的地表电位梯度分布所示; 在机车进入制动状态时, 地表电位梯度分布也呈现出双极值的特点, 如图5中150 s时的地表电位梯度分布所示.在制动阶段, 除区间两端附近的区域之外, 区间内大部区域的电位梯度相对加速阶段变化较为平缓.因此, 在日间机车运行期间, 供电区间两端附近区域埋地管线需要阴极保护等防护措施, 以进一步减小杂散电流的腐蚀影响.

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	图5 机车运行状态对于地表电位梯度分布的影响Fig. 5 Influence of locomotive running state on the distribution of surface potential gradient

图6给出了过渡电阻为3 Ω· km时, 与轨道不同距离的地表电位梯度分布情况.与轨道距离设置为0.05~0.4 km, 每隔0.05 km进行一次仿真.对于图6中区间附近沿线整体电位梯度分布情况, 随着与钢轨距离的增加, 地表电位梯度不断下降.对比与钢轨距离较近的地表电位梯度分布规律, 随着与钢轨距离的增加, 靠近沿线中心位置的电位梯度逐渐接近于两端附近的电位梯度值, 整个沿线呈现出越来越均匀的分布规律; 而在钢轨距离较近的情况下, 区间两端附近的地表电位梯度会急剧上升, 因而在此处杂散电流干扰更加严重.

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	图6 与走行轨不同距离的地表电位梯度分布情况Fig.6 Distribution of the surface potential gradient in the interval at different distances from the walking track

进一步分析过渡电阻对地表电位梯度的影响.根据文献[22]中所规定的新建线路过渡电阻15 Ω· km和运营线路过渡电阻3 Ω· km选定过渡电阻分析范围.根据理论牵引电流计算了距离轨道一侧50 m沿区间方向上不同过渡电阻下的地表电位梯度, 如图7所示.从图7(a)可以看出, 随着过渡电阻的逐渐升高, 电位梯度不断下降, 且下降幅度越来越小.从本文所选取的地铁系统附近一点电位梯度随时间变化情况上, 如图7(b)所示, 在加速和减速阶段电位梯度较大, 匀速运行阶段由于牵引电流较小, 因此电位梯度也呈现较低的水平.因此, 在一个牵引区间内, 需要在机车加速和制动这两个特殊时段有针对性的加强区间内适当增加排流量, 减少杂散电流泄漏.在减速制动阶段, 由于杂散电流方向与加速阶段相反, 此时杂散电流腐蚀作用也不容忽视.

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	图7 不同过渡电阻下地表电位梯度Fig.7 Ground potential gradient under different transition resistances

综上, 在地铁系统存在动态杂散电流干扰的情况下, 针对给定地铁系统附近某点计算其地表电位梯度大小, 进而判断此处的杂散电流腐蚀危险性, 即为是否会对所在位置的埋地管线等重要金属结构产生电化学腐蚀影响.在实际应用过程中, 可计算电位梯度在地表平面的二维分布, 根据GB/T 19285—2003所设定的电位梯度的3个范围区间:[0, 0.5]、[0.5, 2.5]和[2.5, +∞ ), 以及地表平面上不同位置的电位梯度, 划分为3个不同的分布区域, 分别对应为:不存在杂散电流干扰、存在杂散电流干扰和干扰程度过大以至于需要排流措施三类, 结合埋地管线所在位置, 即可判断所研究埋地管线受杂散电流干扰的长度范围, 进而评估其腐蚀危险程度并针对性地确定排流措施.

5 结论

建立了基于地表电位梯度的杂散电流影响范围评估模型, 通过与GB/T 19285—2003中所规定的电位梯度比较阈值, 实现杂散电流直流干扰范围的评估, 对于埋地管线合理选址、腐蚀防护提供有效参考, 具有一定的工程意义.通过建模和仿真分析得出以下结论:

1) 由于不同地铁机车运行状态而导致牵引电流的不同, 不同运行状态下的电位梯度分布特性有所差异.在机车匀速运行阶段, 区间内电位梯度相比加速和制动阶段很小.因此, 在不考虑其他线路其他区间机车影响的基础上, 机车匀速运行阶段对应区间附近杂散电流腐蚀危险性处于较低水平.在加速阶段和减速制动阶段, 根据电位梯度的分布特性, 区间两端附近均表现出较强的杂散电流干扰.在机车加速和减速阶段, 需要针对性地加强区间内的排流措施以减少杂散电流腐蚀影响.

2) 过渡电阻作为影响杂散电流最重要的参数, 对于区间附近地表电位梯度水平有着较大的影响.在过渡电阻不断下降时, 区间附近地表电位梯度会随之上升, 因而造成杂散电流腐蚀危险性上升.

参考文献

文献列表

[1]	李威. 地铁杂散电流的监测与防治[J]. 城市轨道交通研究, 2003(4): 54-58. LI Wei. The monitor and control system of stray current in metro[J]. Urban Mass Transit , 2003(4): 54-58. (in Chinese) [本文引用:1]
[2]	WANG C, LI W, WANG Y, et al. Chloride-induced stray current corrosion of Q235A steel and prediction[J]. Construction and Building Materials, 2019, 219: 164-175. [本文引用:1]
[3]	宋吟蔚, 王新华, 何仁洋, 等. 埋地钢质管道杂散电流服饰研究现状[J]. 腐蚀与防护, 2009, 30(8): 515-518. SONG Yinwei, WANG Xinhua, HE Renyang, et al. Status in research on stray-current corrosion of buried steel pipelines[J]. Corrosion & Protection, 2009, 30(8): 515-518. (in Chinese) [本文引用:1]
[4]	申宁, 李群湛, 刘炜. 不均匀过渡电阻下地铁杂散电流分析[J]. 都市快轨交通, 2010, 23(6): 98-100. SHEN Ning, LI Qunzhan, LIU Wei. Analysis of stray current under non-uniform transition resistance in subway[J]. Urban Rapid Rail Transit, 2010, 23(6): 98-100. (in Chinese) [本文引用:1]
[5]	闫明富, 李夏青, 王奎鹃, 等. 地铁钢轨电位和杂散电流分布研究及仿真[J]. 北京石油化工学院学报, 2012, 21(1): 37-41. YAN Mingfu, LI Xiaqing, WANG Kuijuan, et al. Research and simulation of metro rail potential and stray current distribution[J]. Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology, 2012, 21(1): 37-41. (in Chinese) [本文引用:1]
[6]	马晓华. 上海虹桥机场航油输送管道受地铁杂散电流干扰的检测与防护[J]. 腐蚀与防护, 2016, 37(5): 364-367. MA Xiaohua. Interference detection and protection of stray current interference on Shanghai HongQiao aeri-oil pipeline[J]. Corrosion & Protection, 2016, 37(5): 364-367. (in Chinese) [本文引用:1]
[7]	李威, 蔡文娟, 王禹桥, 等. 基于光纤传感的地铁杂散电流监测方法[J]. 中国矿业大学学报, 2008, 37(6): 848-853. LI Wei, CAI Wenjuan, WANG Yuqiao, et al. Monitoringmethod of metro stray current based on an optical fiber sensing technique[J]. Journal of China University of Mining and Technology, 2008, 37(6): 848-853. (in Chinese) [本文引用:1]
[8]	MEMON S A, FROMME P. Stray-current corrosion and mitigation: a synopsis of the technical methods used in DC transit systems[J]. IEEE Electrification Magazine, 2014, 2(3): 22-31. [本文引用:1]
[9]	高博, 申龙涉, 孟祥谦, 等. 油气管道直流杂散电流的腐蚀与防护[J]. 管道技术与设备, 2010, 4(4): 41-43. GAO Bo, SHEN Longshe, MENG Xiangqian, et al. DC stray current corrosion and protection of oil gas pipeline[J]. Pipeline Technique and Equipment, 2010, 4(4): 41-43. (in Chinese) [本文引用:1]
[10]	WANG X H, WANG Z Q, CHEN Y C, et al. Effect of a DC stray current on the corrosion of X80 pipeline steel and the cathodic disbondment behavior of the protective 3PE coating in 3. 5% NaCl solution[J]. Coatings, 2019, 29(9): 1-12. [本文引用:1]
[11]	刘瑶, 谭松玲, 邢琳琳, 等. 北京埋地燃气管道地铁杂散电流干扰影响现场检测及规律分析[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2019, 31(4): 429-435. LIU Yao, TAN Songling, XING Linin, et al. Detection and analysis of interference with buried gas pipelines from subway stray current in Beijing area[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2019, 31(4): 429-435. (in Chinese) [本文引用:1]
[12]	OGUNSOLA A, MARISCOTTI A, SANDROLINI L. Estimation of stray current from a DC-electrified railway and impressed potential on a buried pipe[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2012, 27(4): 2238-2246. [本文引用:1]
[13]	XU S, LI W, WANG Y. Effects of vehicle running mode on rail potential and stray current in DC mass transit systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2013, 62(8): 3569-3579. [本文引用:1]
[14]	CHARALAMBOUS C A, AYLOTT P. Dynamic stray current evaluations on cut-and -cover sections of DC metro systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2014, 63(8): 3530-3538. [本文引用:1]
[15]	DOLARA A, FOIADELLI F, LEVA S. Stray current effects mitigation in subway tunnels[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2012, 27(4): 2304-2311. [本文引用:1]
[16]	钟乾, 解东来. 轨道交通杂散电流分布数学模型的研究进展[J]. 煤气与热力, 2015, 35(9): 39-42. ZHONG Qian, XIE Donglai. Research progress of mathematical model for rail transit stray current distribution[J]. Gas & Heat, 2015, 35(9): 39-42. (in Chinese) [本文引用:1]
[17]	李威. 地铁杂散电流腐蚀监测及防护技术[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2004. LI Wei. Metrostray current corrosion monitoring and protection technology[M]. Xuzhou: China University of Mining and Technology Press, 2004. (in Chinese) [本文引用:1]
[18]	石红国, 彭其渊, 郭寒英. 城市轨道交通牵引计算算法[J]. 交通运输工程学报, 2004, 4(3): 30-33. SHI Hongguo, PENG Qiyuan, GUO Hanying. Traction of calculation of urban mass transit[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2004, 4(3): 30-33. (in Chinese) [本文引用:1]
[19]	唐涛, 荀径, 曹芳, 等. 北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究[J]. 北京交通大学学报, 2016, 40(4): 19-24. TANG Tao, XUN Jing, CAO Fang, et al. Research on energy-efficient driving strategy in Beijing Yizhuang line[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2016, 40(4): 19-24. (in Chinese) [本文引用:1]
[20]	MACHCZYNSKI W, BUDNIK K, SZYMENDERSKI J. Assessment of d. c. traction stray current effects on nearby pipelines[J]. International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 2016, 35(4): 1468-1477. [本文引用:1]
[21]	全国锅炉压力容器标准化技术委员会. 埋地钢质管道腐蚀防护工程检验: GB/T 19285—2003[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003. National Technical Committee for Stand ardization of Boilers and Pressure Vessels. Corrosion protection engineering inspection of buried steel pipelines: GB/T 19285—2003 [S]. Beijing: China Stand ard Press, 2003. (in Chinese) [本文引用:1]
[22]	北京市地下铁道科学技术研究所. 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程: CJJ 49—92[S]. 北京: 中国标准出版社, 1993. Beijing Institute of Underground Railway Science and Technology. Technical regulations for stray current corrosion protection of subway: CJJ 49—92[S]. Beijing: China Stand ard Press, 1993. (in Chinese) [本文引用:1]

2003

0.0

... 在地铁日常运营过程中,地铁系统内部钢筋混凝土结构和外部埋地管线常发现有电流泄漏的迹象,这部分泄漏的电流被称为杂散电流^[1] ...

2019

0.0

... 当埋地金属管线中的运输介质为石油、天然气、煤气等易燃介质时,如果由于腐蚀穿孔而导致运输介质泄漏,将会对地铁系统及其周边城市区域产生极大的安全隐患和威胁^[2] ...

2009

0.0

... 现已有因杂散电流泄漏而造成的事故报道^[3],在地铁轨道交通日益迅猛发展的今天,杂散电流对于埋地管线的腐蚀威胁在地铁系统日常运行过程中不容忽视,杂散电流理论分析^[4,5]、监测^[6,7]及防护方法^[8,9]的研究对于减少杂散电流的腐蚀危害有着至关重要的作用 ...

2010

0.0

2012

0.0

2016

0.0

2008

0.0

2014

0.0

2010

0.0

2019

0.0

... 经过近年来国内外学者的不断研究,在杂散电流建模、形成机理、监测方法等方面取得了一定的研究进展,对于杂散电流泄漏及其腐蚀现象的理解不断加深^[10,11] ...

2019

0.0

刘瑶, 谭松玲, 邢琳琳, 等. 北京埋地燃气管道地铁杂散电流干扰影响现场检测及规律分析[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2019, 31(4): 429-435.

LIU

Yao

, TAN

Songling

, XING

Linin

, et al. Detection and analysis of interference with buried gas pipelines from subway stray current in Beijing area[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2019, 31(4): 429-435. (in Chinese)

With the rapid development of Beijing subways, the hazard of stray current leakage is increasingly severe to interfere with buried gas pipelines nearby. In this paper, a comprehensive inspection was conducted on the interference with the buried gas pipelines from the subway stray current in the Beijing area. The degree and the range of stray current interference were determined. Furthermore, the influence of the relative position of subways and pipelines on the stray current interference was studied. At the same time, the fluctuation characteristics of the ground potential under the disturbance of the subway stray current were discussed. The results show that the interference becomes more and more serious with the decrease of the distance between the pipeline and the subway rail, and for a given distance between a subway rail to a pipeline, the interference degree of the two lines is higher when they cross each other rather than that parallel to each other. Compared with other interference sources, the subway maintenance stations exhibit significantly stronger stray current interference. The fluctuation periods of the ground potential under the disturbance of subway stray current in the Beijing area are mainly distributed between 50 s and 200 s.

1. Biejing Gas Group Co. , Ltd. , Beijing 100011, China 2. Safetech Research Institute Co. , Ltd. , Beijing 100083, China 3. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

北京市轨道交通发展迅猛,泄漏到大地的杂散电流日益增多,这些杂散电流会对埋地燃气管道造成干扰。本文对北京市埋地燃气管道所受地铁杂散电流干扰情况进行了现场检测,分析了干扰的程度和范围；研究了管道与地铁相对位置对杂散电流干扰的影响规律,同时探讨了北京地区地铁杂散电流干扰下管地电位的波动特性。结果表明:随着管道与地铁间距的减小,干扰越来越严重,并且在相同间距下交叉点的干扰程度大于并行段。地铁检修站附近的管道受杂散电流干扰更大。北京地区地铁杂散电流干扰下管地电位的波动周期主要分布在50~200 s间。

2012

0.0

... 文献[12]建立了高架铁路埋地管线存在涂层缺陷情况下的杂散电流分布参数模型,重点分析了机车位置影响下埋地管线集中电压和整个管线上的电压分布情况 ...

2013

0.0

... 文献[13]建立了考虑机车运行状态的地铁杂散电流分布模型,结合地铁牵引计算模型和杂散电流动态分布模型,实现了基于电阻网络的地铁杂散电流在时域的动态分析 ...

2014

0.0

... 文献[14]借助CDEGS仿真平台,建立了盾构隧道、明挖隧道等工程环境下的杂散电流分布模型,评估了在考虑机车再生制动情况下的总泄漏电量以及排流网排流效率等重要参数 ...

2012

0.0

... 文献[15]基于有限元软件ANSYS建立了杂散电流泄漏下地铁隧道结构的电位分布模型,并根据分析结果提出使用等电位连接法解决隧道管片钢筋的阳极腐蚀问题 ...

2015

0.0

... 1 基于电阻网络的杂散电流分布模型出于对经济等方面因素的考量,目前地铁直流牵引系统内主要使用走行轨作为电气机车的回流通道,但在长时间的运行过程中,由于钢轨对地绝缘结构的老化,会导致杂散电流^[16]泄漏至大地 ...

2004

0.0

... 在牵引变电所单边供电的情况下,基于轨道-埋地金属-大地电阻的杂散电流和轨道电压为^[17] ...

2004

0.0

... 2 杂散电流动态分布特性地铁列车在一个运行区间内从启动到进站停车,一般均经历启动加速、惰性运动和减速制动的过程,是典型的变加速过程^[18,19] ...

2016

0.0

2016

0.0

... 3 杂散电流干扰范围动态范围建模均匀电解质中电流场的分布解析式^[20] ...

2003

0.0

... 5 mV/m时,应采取直流排流保护或其他防护措施^[21] ...

1993

0.0

... 根据文献[22]中所规定的新建线路过渡电阻15 Ω#cod#x000b7 ...