直流牵引供电系统电流跨区间传输对钢轨电位影响

杜贵府　张栋梁　王崇林　刘建华　李国欣

(中国矿业大学信息与电气工程学院　徐州　221008)

直流牵引供电系统电流跨区间传输对钢轨电位影响

杜贵府张栋梁王崇林刘建华李国欣

(中国矿业大学信息与电气工程学院徐州221008)

摘要直流牵引供电系统普遍存在钢轨电位过高的问题，现有模型仿真结果一般远小于现场实际值。对多区间多列车并列运行情况下电流跨区间传输现象进行分析，理论研究了电流跨区间传输对钢轨电位的影响。通过广州地铁8号线现场测试，验证了跨区间传输电流所占列车总牵引电流比例增加时，会导致钢轨电位增大。根据直流牵引供电系统实际特性，建立多供电区间多列车的钢轨电位动态分析模型，仿真分析了列车动态运行下直流牵引供电系统电流跨区间传输现象，对比分析不同电流跨区间传输情况下钢轨电位变化。现场测试及仿真结果表明，有效避免电流跨区间传输可大大降低线路钢轨电位幅值。

关键词：直流牵引供电系统钢轨电位电流跨区间传输动态分析模型

0引言

国内外城市轨道交通线路一般采用直流供电，走行轨回流方式，列车由接触网获取电能，牵引电流经走行轨回流至牵引变电所负极，供电电压等级采用DC 750 V或DC 1 500 V。由于系统一般采用悬浮接地方式，且走行轨本身具有一定的纵向电阻，轨道和地之间会产生电位差，即钢轨电位。该电位过高时，会对人身安全造成危害，同时，在相同回流绝缘条件下，钢轨电位的升高可能会加剧杂散电流泄漏问题[1-4]。目前，国内外城市轨道交通线路普遍存在钢轨电位过高问题，线路运营时钢轨电位经常达到90 V，甚至更高。为保证乘客人身安全，国内外城市轨道交通线路中普遍安装钢轨电位限制装置(Over Voltage Protection Device，OVPD)[4-6]。但运营中，OVPD频繁动作，甚至直接闭锁，将轨道与地长期短接，此时泄漏电流可达800 A[7]，这给线路运营安全及杂散电流防护带来很大的困扰。因此，OVPD作为保护设备，不能从根本上解决钢轨电位过高问题。

关于钢轨电位产生的原因及抑制措施，国内外学者做了大量研究。研究表明[1，2，4]，减小走行轨纵向电阻，提高供电电压等级，减小牵引变电所距离可有效降低钢轨电位。文献[2，4，8]研究了直流牵引供电系统3种不同接地方式对钢轨电位与杂散电流的影响，认为系统应选择悬浮接地方式，该方式虽然可有效减少杂散电流泄漏，但并不能解决钢轨电位过高问题。文献[9，10]研究了台北捷运系统中多线路互联对钢轨电位与杂散电流的影响，通过仿真和现场测试，证明解除多线路之间阻抗连接器可降低钢轨电位，同时，文献[9]仿真研究了同一线路不同轨道间横连(即增加均流线)对减小钢轨电位的作用。文献[5]通过现场测试及仿真，研究了列车运行工况对钢轨电位和杂散电流的影响，表明钢轨电位在列车加速和再生制动时，比其他运行工况高，列车运行时，列车所在位置的钢轨电位最高。

上述研究一般基于回流系统自身参数，而很少关注系统多列车多变电所并列运行时，列车之间相互影响导致的钢轨电位变化。由于系统接触网的电气连通性及等效24脉波不控整流机组能量的单向流通性[11]，再生制动列车回馈的能量会根据线路中其他列车位置、功率情况、再生制动能量吸收装置情况进行分配，这会导致加速列车牵引电流部分来源于其他供电区间，出现电流的跨区间传输现象，此时，电流流通距离比正常供电情况下成倍增加，会对钢轨电位造成一定影响。

本文分析了直流牵引供电系统特性和电流跨区间传输及其对钢轨电位的影响，通过广州地铁8号线现场测试进行了验证。同时，建立了钢轨电位动态分析模型，仿真分析了线路运行过程中电流跨区间传输动态变化及对钢轨电位动态的影响。

1系统描述及理论分析

1.1系统描述

本文选择广州地铁8号线进行现场测试。该线路全长18.48 km，设置13座车站，其中，牵引降压混合变电所7座，降压变电所6座，如图1所示。

图1　广州地铁8号线线路Fig.1　Configuration of Guangzhou metro line 8

广州地铁8号线直流供电电压等级为1 500 V，其直流牵引供电系统的结构如图2所示。

图2　直流牵引供电系统原理Fig.2　Schematic of DC mass transit system

电能从35 kV交流母线经降压、整流成直流，由接触网输送给线路上运行的列车，回流电流经走行轨和回流电缆流回牵引变电所负极。为使接触网安全、可靠、灵活地向列车供电，相邻供电区间接触网设有电分段[12]，直流正母线经直流断路器B1～B4连接至电分段两侧接触网，分别给变电所两侧区间供电。直流母线及断路器的存在使电分段两侧接触网电气连通。

直流牵引供电系统广泛使用等效24脉波不控整流机组[13，14]。整流机组的外特性与供电系统的阻抗参数、整流变压器的阻抗电压以及整流器接线方式等多种因素有关，外特性为多段曲线[11，15]，本文后续建模仿真时，将整流机组输出特性简化为连接曲线起点、终点的直线段。整流机组输出牵引电流时，可等效为理想电压源串接内阻。当线路存在列车再生制动时，列车回馈能量会使牵引网网压升高，当整流机组处牵引网网压超过其空载电压时，该整流机组关断。再生制动列车回馈的能量被列车自用电消耗一部分，回馈至牵引网的能量按一定比例被其他相邻取流的列车吸收利用外(吸收情况与列车工况及运行密度有关)，剩余部分将被再生制动能量吸收装置吸收[16]。广州地铁8号线列车上设置再生制动能量吸收电阻，启动电压设定为1 800 V。当线路上列车再生制动能量过剩，列车位置牵引网网压升高到1 800 V时，启动再生制动能量吸收电阻，使牵引网网压维持在设定值。根据上述变电所及列车运行特性，本文模型建立时变电所及列车特性曲线如图3所示。

图3　牵引变电所及列车特性曲线Fig.3　External characteristic of traction substation and train

图3中，Umax为牵引网允许最高网压，Umin为牵引网允许最低网压，U0为整流机组空载电压。图3a中，第一象限线段Ⅰ表示整流机组输出电流与直流母线电压关系，纵轴上线段Ⅱ表示当整流机组处牵引网网压超过其空载电压时，该整流机组关断，且牵引网网压不会超过最高允许网压Umax。图3b为列车特性曲线，电流正方向设为接触网到列车。某一时刻列车功率由牵引计算获取，列车为恒功率模型。第一象限曲线群Ⅰ表示列车处于牵引工况；线段Ⅱ表示牵引网网压最低限值Umin；纵轴Umin～Umax线段Ⅲ表示列车功率P=0，该列车节点退出运行；第二象限曲线群Ⅳ表示列车处于再生制动工况；线段Ⅴ表示列车位置牵引网网压最高限值Umax。

为防止站台位置钢轨电位过高对人身安全造成危害，变电所内通常装设OVPD[4]，当钢轨电位超过设定值时OVPD合闸，使钢轨和地短接，降低钢轨电位。广州地铁8号线OVPD原理及动作特性如图4所示。

图4　OVPD原理图及动作特性Fig.4　Schematic and operating characteristic of the OVPD

1.2电流跨区间传输影响下钢轨电位理论分析

直流牵引供电系统全线接触网整体连通，多变电所、多列车并列运行情况下，存在电流跨区间传输的现象，分析模型如图5所示。

图5　电流跨区间传输分析Fig.5　Analysis of traction current transmission

假设两列车均在吸收功率，在某一时刻，经牵引计算，列车功率、位置确定后，经直流潮流计算可得到各节点电压[U1，U2，U3，U4，U5]及各节点注入电流[I1，I2，I3，I4，I5]。根据列车1、列车2功率的不同，牵引计算后电流分配可能出现两种情况，如图5b和图5c所示，虽然两种情况均把该模型分成了两个电流分配区域，但电流跨区间传输情况不同。

图5b情况下，电流关系为

(1)

式中，λ为比例系数，表示变电所1电流分配给列车2的比例；λI2为该电流分配情况下跨区间传输的变电所电流。

图5c情况下，列车1电流可描述为

(2)

式中，λI3为该电流分配情况下跨区间传输的变电所电流。而列车2牵引电流全部来源于变电所2和变电所3。

图6a为列车1吸收功率、列车2再生制动时简化模型。经牵引网潮流计算得到各节点电压矢量和电流矢量后，该模型电流分配区域类型如图6b所示。此时，电流I1由I2、I3、I4提供，线路中会出现跨区间传输的再生制动电流I4，且电流流通距离可能为供电距离的几倍。若列车2再生制动功率大，U2、U3均大于整流机组空载电压U0时，I2、I3可能为0，即变电所1和变电所2不输出功率，列车1所需功率全部由列车2再生制动功率提供，此时，电流跨区间传输将加剧。

以图6a所示模型为实例，理论分析电流跨区间传输对钢轨电位的影响。为便于钢轨电位幅值分析，选择列车1位置为坐标原点。

单供电区间中，对于回流通路某个微元dx，轨道电流i(x)与钢轨电位u(x)关系满足

du(x)=-i(x)Rdx

(3)

其通解为

u(x)=C1chα·x+C2shα·x

(4)

此时牵引列车位置钢轨电位为

u(0)=C1

(5)

如图6b所示，当存在跨区间传输的电流时，设I2、I3、I4占列车1牵引电流I1的比例分别为λ1、λ2、λ3，则λ1+λ2+λ3=1。由于回流系统为线性电路，列车1位置牵引电流相当于多个不同供电回路的叠加。不同区间内轨道电流及钢轨电位表达式如下。

0～L1区间内

u1(x)=C3chα·x+C4shα·x

(6)

边界条件：i1(0)=λ1I1；i1(L1)=λ1I1。

0～L2区间内

u2(x)=C5chα·x+C6shα·x

(7)

边界条件：i2(0)=λ2I1；i2(L2)=λ2I1。

0～L3区间内

u3(x)=C7chα·x+C8shα·x

(8)

边界条件：i3(0)=λ3I1；i3(L3)=λ3I1。

此时，牵引列车2位置钢轨电位为

u′(0)=u1(0)+u2(0)+u3(0)

(9)

即

(10)

而函数

(11)

简单来说，对悬浮接地系统，列车处钢轨电位大小主要由回流电流大小、回流长度和钢轨纵向回流电阻决定，悬浮系统电流回路的中点处钢轨电位为零，列车处幅值最大，一旦存在较大的跨区间传输电流，电流回流通路加长，钢轨电位会升高，且钢轨电位升高的程度与电流跨区间传输的程度及距离直接相关。

2现场测试及分析

选择广州地铁8号线琶洲站-万盛围站区间进行测试，该区间为单边供电区间，站间距1.8 km，牵引电流变化规律相对清晰。

2.1变电所牵引电流测试

琶洲站变电所直流母线通过直流断路器B1～B4分别连接琶洲-万盛围区间下行接触网、琶洲-万盛围区间上行接触网和新港东-琶洲区间上行接触网、新港东-琶洲区间下行接触网。测试时，直流断路器电流以正母线流至接触网方向为正。

06∶23∶40～06∶25∶10时间段琶洲站B1～B4牵引电流变化曲线及分析如图7所示。

图7　琶洲站牵引电流变化及分析Fig.7　Traction current curve and analysis of Pazhou

图7所示琶洲站牵引变电所电流变化过程中，万盛围站上行线一列车Tr1完成加速、惰行、再生制动，行驶至琶洲站。由于供电区间为单边供电，加速列车Tr1取流全部流经B2，列车再生制动时被附近列车吸收的电流也流经B2传输至其他供电区间。此时，列车密度低，列车Tr1加速时附近无再生制动列车，B3、B4电流为并列运行的其他牵引变电所向列车Tr1提供的牵引电流，即跨区间传输的变电所电流。

0～55 s时间段内，列车Tr1加速启动，琶洲站变电所提供的牵引电流如图7中Is所示，其他变电所提供的牵引电流为B3与B4之和。取列车Tr1牵引电流较大时刻，计算电流跨区间传输比例(Current Transmission Ratio，CTR)，如表1所示，此时跨区间传输的电流比例较低，且比较稳定。

表1　电流跨区间传输情况

08∶10∶35～08∶12∶05时间段琶洲站B1～B4牵引电流变化曲线及分析如图8所示。该过程中，0～33 s时间段琶洲站上行有一列车Tr2加速驶向新港东站，琶洲站向其供电电流为B3。由于琶洲-万盛围为单边供电区间，且该区间在此时间段内无列车运行，因此B1、B2中电流为0 A。43 s后，万盛围站上行有一列车Tr3出站加速，驶向琶洲站，牵引电流如B2。此时，从琶洲站出发的列车Tr2已开始再生制动，由于列车Tr3正从接触网吸收电流，列车Tr2再生回馈至牵引网的电流跨区间传输至列车Tr3位置，流经B3断路器中的负向电流比图7所示的情况大的多。该过程中，琶洲站牵引变电所提供的牵引电流变化如图8 中Is所示，琶洲站变电所供电电流比图7所示情况小得多。

图8　琶洲站牵引电流变化及分析Fig.8　Traction current curve and analysis of Pazhou

表2为列车Tr3牵引电流较大时刻电流传输比例的大小，由于存在列车Tr2再生制动，跨区间传输的电流幅值和比例大大增加，牵引电流较大时，跨区间传输的电流比例可达89.3%，相比较表1中的数值，变化明显。

表2　电流跨区间传输情况

由上述分析可知，由于线路牵引网的电气连通性，列车运行时均会存在一定的跨区间传输电流，该电流的幅值与线路列车密度、列车功率情况、变电所之间距离等因素相关，同时还与各变电所的电源及整流机组容量和阻抗参数有关。在变电所参数一定时，当列车密度较大，且一列车再生工况与另一列车加速工况重合度较高时，跨区间传输的电流会大幅增加。

2.2钢轨电位测试

为验证电流跨区间传输对钢轨电位的影响，对万盛围站站台位置钢轨电位进行了测试，并与琶洲站牵引电流变化情况进行对比，分析电流跨区间传输对钢轨电位的影响。万盛围站OVPD在运营过程中动作频繁，且经常闭锁。

图9为3个典型列车加速过程中，琶洲站牵引电流、电流跨区间传输比例、万盛围站站台位置钢轨电位变化曲线。

图9　电流跨区间传输与钢轨电位动作情况Fig.9　Test results of traction current and rail potential

图9中B2曲线为列车牵引电流，最大幅值基本一致，但由于线路其他列车工况不同，导致电流跨区间传输的程度不同，出现较大跨区间传输电流值的时刻不同，万盛围站站台位置OVPD在不同时刻产生了合闸动作。

图9a所示列车Tr4加速过程中，附近无再生制动列车。因此，仅存在跨区间传输的变电所电流，跨区间传输的比例较低且平稳，该过程中钢轨电位幅值较低，没有引起OVPD的合闸动作。

图9b所示列车Tr5开始加速时，已经存在跨区间传输的电流。0～2.6 s期间，虽然电流传输比例较大，但列车牵引电流幅值低，钢轨电位逐渐升高，没有达到OVPD合闸动作电压。7.2～10.7 s期间，列车牵引电流幅值达到最大，并保持稳定，此时电流跨区间传输的比例仍不断增加，9.26 s时，万盛围站钢轨电位达到OVPD动作电压限值U>，OVPD合闸，10 s后自动分闸。

图9c所示列车Tr6加速过程中，0～12 s期间，电流跨区间传输比例幅值较低，且比较平稳。12 s后，琶洲-新港东区间有列车Tr7再生制动，由于列车Tr6此时牵引电流较低，电流跨区间传输比例迅速增加，达到100%。13.9 s后，由于Tr6列车牵引电流增加，电流跨区间传输比例开始降低。16.2 s后Tr6列车牵引电流幅值达到最大，电流跨区间传输的比例逐渐增加，万盛围站钢轨电位逐渐增加，16.7 s时，钢轨电位达到OVPD动作电压限值U>，OVPD合闸，10 s后自动分闸。

根据现场测试及分析结果，相同的加速过程，在列车取流幅值基本一致的情况下，电流跨区间传输情况不同，钢轨电位幅值有较大差别。

由于现场区间长，且列车运行于隧道中，列车间实时距离及运行工况很难直接测量，为进一步研究电流跨区间传输对钢轨电位的影响，本文建立直流牵引供电系统钢轨电位动态分析模型，并进行仿真分析。

3仿真分析

根据实际系统特性，本文在Matlab中建立了直流牵引供电系统动态仿真模型。动态仿真模型包括线路列车牵引计算、再生制动能量吸收装置的直流牵引网潮流计算[17-19]及钢轨电位分布模型。动态仿真流程如图10所示。

其中主要仿真参数取值为：变电所空载电压1 663 V，变电所内阻0.054 Ω，列车再生制动能量吸收电阻启动电压1 800 V，接触网阻抗0.01 Ω/km，走行轨阻抗0.02 Ω/km，走行轨对收集网过渡电导0.2 S/km，收集网阻抗0.02 Ω/km，收集网对地过渡电导0.2 S/km，潮流计算迭代准确度0.1 V，变电所回流位置轨道对收集网等效电导、收集网对地等效电导均取0.001 S，列车位置轨道对收集网等效电导、收集网对地等效电导均取0.002 5 S，3个变电所A、B、C分别设置于0 km、2 km、4 km位置。仿真中，假设再生制动能量吸收装置的容量足够大，且不设置OVPD动作。

图10　仿真流程Fig.10　Flow chart of the model

3.1模型验证

为验证钢轨电位动态分析模型，对广州地铁8号线早间线路初始运营，列车较少时琶洲站的牵引电流、直流母线电压及钢轨电位进行了测试，此过程为一列车由琶洲站出发向新港东站行驶。琶洲站与新港东站间距为1.0 km，且新港东站为降压变电所。

仿真结果与测试结果对比如图11所示。0～17 s时间段内，列车加速启动，从牵引变电所取流，直流母线电压会随之降低。此过程中，测试距离回流点200 m位置钢轨电位，随牵引电流增加而不断增大，最大可达38 V。17～56 s时间段内，列车惰行，牵引变电所供电电流较小，基本处于空载状态，此时钢轨电位较低，基本为0 V。56～77 s时间段内，列车再生制动减速，向接触网回馈电能，由于此时线路车辆数量很少，不能吸收该能量，导致直流母线电压迅速升高，达到1 800 V时，车载再生制动能量吸收电阻启动，吸收再生制动回馈的能量，使直流母线电压不超过1 800 V。由图11中仿真结果与实际测试结果对比显示，本文所建立的钢轨电位动态分析模型仿真结果与现场实际测试结果基本一致，由于现场线路变电所数量多，供电情况比仿真模型更为复杂，该时间段内直流母线电压、钢轨电位仿真值与现场测试值有一定差别，但基本反映现场直流牵引供电系统特性。

图11　模型验证Fig.11　Simulation model validation

3.2电流跨区间传输分析

仿真中，设置Tr1列车由A站出发，到达B站，停站30 s后，由B站出发到达C站。219.6 s时，Tr2列车由A站出发，到达B站。列车牵引计算得到的Pt1(t)、Pt2(t)，St1(t)、St2(t)变化如图12所示。

如图12所示，0 s开始，列车Tr1由A站出发，112.2 s到达B站，在站台停留30 s后，由B站出发，向C站行驶。当行驶至219.6 s后，A站有列车Tr2启动，向B站行驶。254.4 s时，列车Tr1到达C站，并在C站停留。331.8 s时，列车Tr2到达B站，并在B站停留，至350 s仿真结束。对该运行过程进行仿真。

图12　线路列车运行图Fig.12　Train diagram in the simulation

图13　电流跨区间传输仿真分析Fig.13　Simulation results of current transmission

如图13所示，0～120 s，线路上只有列车Tr1运行在A-B区间，列车Tr1加速时，其牵引电流It1中跨区间传输部分所占比例在21.6%～28.5%，随列车Tr1位置变化而有微小变化。220～260 s，线路上列车Tr1运行在B-C区间，并且开始再生制动。列车Tr2从A站加速，运行在A-B区间，此时，列车Tr2牵引电流It2中，跨区间传输的电流随列车Tr1运行工况的改变而发生变化。220～229.6 s，列车Tr1惰行，此时列车Tr2加速，但其牵引电流中跨区间传输的比例较低。229.6 s时，列车Tr1再生制动，列车Tr2牵引电流中跨区间传输的比例迅速增加到100%。236.6 s时，列车Tr1与Tr2间距为3 687.4 m，列车Tr2牵引电流中跨区间传输的比例为100%。对比两时间段列车Tr1再生制动时能量吸收装置的电流(阴影部分)，80～110 s时大部分再生制动电流被车载能量吸收装置吸收，而230～250 s时大部分再生制动电流被跨区间传输。仿真结果表明，列车运行时，会存在一定的牵引电流来源于跨区间传输，且跨区间传输的比例受线路上运行的其他列车工况影响较大。

3.3电流跨区间传输及其对钢轨电位影响仿真分析

利用仿真模型分析牵引电流跨区间传输对钢轨电位的影响。按照图12所示列车运行图，对全线不同位置连续变化时刻的钢轨电位进行仿真，得到钢轨电位动态变化如图14所示。

图14　钢轨电位动态变化Fig.14　Rail potential variation in different locations and time

如图14所示，按图12中仿真得到的线路钢轨电位，相同加速过程中，230～250 s时间段内钢轨电位最高幅值106.52 V，是0～20 s时间段内最高幅值47.36 V的2.25倍，且钢轨电位正向最大值和负向最大值分别出现在加速运行的Tr2列车位置和再生制动运行的Tr1列车位置。

为更加清晰地对比牵引电流中不同程度的跨区间传输对钢轨电位的影响，设置不同的列车运行图，使牵引电流跨区间传输的情况不同，对比不同列车运行图下x=200 m位置钢轨电位变化情况，如图15所示。

图15　不同列车运行图下钢轨电位对比Fig.15　Comparison of rail potential in different train diagrams

图15a中描述了3种不同的列车运行图。列车Tr1的运行时间及功率P1固定，分别设置列车Tr2在150 s、219.8 s、254.6 s由A站启动。对应3种不同列车运行图下，x=200 m位置，钢轨电位变化对比如图15b所示。由仿真结果可知，在不同列车运行图下，电流跨区间传输情况不同，对加速列车位置钢轨电位幅值影响较大：P2-1情况下，x=200 m位置钢轨电位最大值为42.13 V；P2-2情况下，x=200 m位置钢轨电位最大值为100.32 V；P2-3情况下，x=200 m位置钢轨电位最大值44.32 V。不同程度的电流跨区间传输对钢轨电位影响明显。

3.4再生制动能量回馈装置启动电压影响分析

再生制动能量回馈装置启动电压会影响电流跨区间传输，同时车载超级电容、大容量飞轮储能等针对单列车再生能量吸收技术的发展[20-22]，使列车再生制动电流不跨区间传输成为可能。仿真中相同列车运行图下，设置不同的再生制动能量回馈装置启动电压，对比不同启动电压下x=200 m位置钢轨电位变化情况，如图16所示。

图16　再生制动能量吸收装置不同启动电压下钢轨电位对比Fig.16　Comparison of rail potential in different starting voltage of regenerative braking energy absorption device

图16a中方式1～方式3分别为再生制动能量吸收装置启动电压分别为1 800 V、1 700 V及车载超级电容吸收再生回馈的能量3种不同吸收方式下，列车Tr2牵引电流中跨区间传输所占比例变化。对应3种吸收方式下，x=200 m位置，钢轨电位变化对比如图16b所示，由仿真结果可知，不同吸收方式下，电流跨区间传输的比例不同，对加速列车位置钢轨电位幅值影响较大：再生制动能量吸收装置启动电压为1 800 V时，x=200 m位置最大钢轨电位为100.32V；再生制动能量吸收装置启动电压为1 700 V时，x=200 m位置最大钢轨电位为74.92 V；采用车载超级电容直接吸收回馈能量方式，x=200 m位置最大钢轨电位为44.32 V。由此可知，不同能量吸收方式对钢轨电位影响较大，减少电流跨区间传输可有效降低线路钢轨电位。

4结论

本文针对直流牵引供电系统电流跨区间传输对钢轨电位的影响问题进行了理论分析、现场测试和动态模型仿真验证，得出以下结论：

1)由于直流牵引供电系统全线直流接触网的电气连通性，普遍存在电流跨区间传输现象。该现象与线路变电所及列车运行情况有关，当存在列车再生制动，且回馈至接触网的电流被附近运行的其他列车吸收时，电流跨区间传输问题更加明显，甚至附近加速运行列车的牵引电流100%来自于跨区间传输。

2)牵引电流的跨区间传输会对线路钢轨电位产生影响，列车相同牵引电流情况下，电流跨区间传输所占比例升高时，钢轨电位会有明显增加。仿真分析中，相同加速过程，当其牵引电流中28.5%来源于跨区间传输时，钢轨电位幅值最高为47.36 V，而当牵引电流中100%来源于跨区间传输时，钢轨电位幅值最大为106.52 V。

3)再生制动能量吸收装置启动电压不同，或采用不同的再生制动能量吸收方式会改变电流跨区间传输的程度，对钢轨电位产生一定影响。

4)本文建立的钢轨电位动态分析模型，有效仿真了现场多列车不同运行工况下钢轨电位的动态变化，为实际系统中多区间多列车运行分析提供条件。

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Effect of Traction Current Transmission Among Power Sections on Rail Potential in DC Mass Transit System

Du GuifuZhang DongliangWang ChonglinLiu JianhuaLi Guoxin

(School of Information and Electrical EngineeringChina University of Mining and Technology Xuzhou221008China)

AbstractA high rail potential has been observed during operation of the DC mass transit systems,while many simulation results of the rail potential are generally much smaller than the actual value.The traction current transmission among power sections when multiple trains run in multiple sections and its effect on the rail potential have been analyzed in this paper.The fieldtest results of the Guangzhou Metro Line 8 show that the rail potential is higher when a larger proportion of the current transmission appears.A dynamic analysis modelfor the rail potential when multiple trains running in multiple power sections isproposed in this paper.The phenomenon of the current transmission during trains’running is simulated by the dynamic analysis model,and rail potential changing under differentproportions of the current transmission is analyzed.The results of the fieldtests and the simulations show that the rail potential can be greatly reduced by preventing the cross-transmission of the traction current.

Keywords：DC mass transit system，rail potential，traction current transmission，dynamic analysis model

收稿日期2015-04-20改稿日期2015-11-25

作者简介E-mail：cumt_dgf@126.com E-mail：zdl@cumt.edu.cn(通信作者)

中图分类号：TM922.3

国家自然科学基金(51147011)、江苏省自然科学基金(BK20130187)和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLX_1383)资助。

杜贵府男，1990年生，博士研究生，研究方向为供配电安全和直流牵引供电系统。

张栋梁男，1974年生，博士，副教授，研究方向为供配电安全和柔性直流配电。