防治杂散电流

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1、中文摘要杂散电流对地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外皮以及地铁主体结构钢筋等发生电化学腐蚀，会产生严重的危害。因此防治杂散电流成为许多专业研究人员的课题，本文针对地铁铁轨上产生的杂散电流，采用开关电源技术，设计了一套补偿装置，用以减小地铁杂散电流，从而减轻其对周围建筑物等的腐蚀、破坏作用。该种装置不仅能补偿地铁杂散电流，而且对于石油，化工，燃气管道的杂散电流同样有补偿作用。本方案采用了加入与地铁供电电流大小相等、方向相反的一个补偿电流的方法，来减小或抵消在特定区间内产生的杂散电流。本文论述了该方案的整体设计、实验室杂散电流模拟装置及电流检测装置、介绍了开关电源的基本原理和拓扑结构选择,

2、详细阐述了开关补偿电源的电路设计过程，A/D转换和显示部分电路的设计以及测试实验结果等。对于开关补偿电源的主电路部分，特别是反激式变换器设计、PWM控制芯片选择、显示电路的设计进行了详细的阐述。最后对实验结果，进行了必要的分析。通过系统调试和实验结果分析，证明该补偿装置能够实现对杂散电流补偿和防治，具有一定的补偿能力和稳定性，基本满足了实际需要。关键词地铁杂散电流开关电源PWMAbstract第一章、引言1.1．地铁杂散电流的原因及危害地铁的运行方式多采用直流供电。在列车运行过程中以及负载不同情况下，走行轨上会形成大小差别很大的工作电流。该电流绝大部分能经过走行轨流回电源的负极，而总有

3、一小部分从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到地铁道床及周围土壤介质中，形成杂散电流，俗称地铁迷流在某个区段的一股不太小的杂散电流，不仅可能使车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，也可能使得与轨道交通系统无关的金属在自然腐蚀的环境下又受到电腐蚀的作用，如果是金属管道，就会在腐蚀点处变薄，久而久之，可能出现漏洞，容留的液体、气体就会泄露出来，可能造成重大事故；如果是建筑物的钢筋局部被腐蚀，建筑物整体强度就会降低，甚至会出现开裂、下沉、甚至更严重的事故。1.2杂散电流的研究现状地铁杂散电流防治问题目前已引起了国内外的重视，欧美各国、日本的铁路通讯和电力部门的研究所及高等院校内均设置了专门

4、机构从事这方面的研究。研究内容和方法采用被动的“堵截”和“疏导”。具体从“控流”、“降阻”、“防流”、“排流”、“收流”和采用高阻抗混凝土防护体系等六个方面着手：一、控制和削弱杂散电流产生的根源，即所谓“控流”。二、降低地铁道轨单位长度上的电阻，即所谓“降阻”。三、对杂散电流作用加强防护，即所谓“防流”。四、为保护金属导体而采取的直接将导体上的电流排放到道轨而采取的防护措施，我们在此称其为“排流”。该方法又可细分为“直接排流法”、“选择排流法”、“强制排流法”三种五、除枕木穿孔固定用的钢筋外，在枕木以下的混凝土整体道床内，应设置杂散电流收集钢筋网，收集由道轨泄露的杂散电流，即“收流”。

5、六、采用高阻抗混凝土防护体系。对修筑地铁的混凝土通过改变其组成、改善其内部结构来提高它的绝缘和屏蔽性能，从混凝土材料本身来控制杂散电流。通过对国内外专家研究成果的分析总结，我们显然可以得出：由于地铁走行轨泄漏的杂散电流具有分散性和不可预测性，以前仅从“堵截”和“疏导”两个方面着手进行研究。李永刚副教授在多年对地铁杂散电流研究分析研究的基础上，另外提出了一种观念，即补偿的方法解决杂散电流，并对此做了大量的研究工作。1.3本课题的来源和研究内容本课题是以李永刚副教授为项目负责人的北京市自然科学基金项目（3032009）《北京地铁杂散电流腐蚀防护研究》的课题。该自然科学基金项目的研究内容是在

6、实验室制作一个模拟地铁直流供电环境的装置，利用地铁的物理实验室模型，杂散电流情况的实时监测，利用特殊功能开关电源对模拟轨道分区进行电流补偿，从根源上抑制杂散电流的产生，并讨论其工程防护方案的有效性。第2章杂散电流实验室模拟装置的设计2.1轨道交通杂散电流的产生图1为地铁杂散电流产生的示意图.供电系统为高压直流电,供电轨、走行轨分别与高压直流电源的正、负极相连.设定电力机车的牵引电流为I,如果走行轨与地之间完全绝缘,则全部电流都应该流过走行轨;而实际上走行轨与地之间不可能完全绝缘,它们之间存在着多个电流泄漏点,形成如图所示的杂散电流I1、I2⋯⋯等,真正流过走行轨的电流只为I0,从图中可

7、以看出,由于杂散电流没有规律,因此走行轨上不同部位的回流I0是不相同的.通过各个泄漏点泄漏出来的和流回来的杂散电流也是没有规律的,即形成杂乱的迷流,如果迷流I1、I2⋯⋯流过的区域有金属物体,则电流就会通过金属,每一股流过金属物体的迷流都会在金属的表面形成一个电流流入点和一个电流流出点,因为金属物表面的电流流出点直接与土壤接触,潮湿且呈现酸性或碱性的土壤充当了电解质,于是电流流出点处的金属物就会被逐渐电解腐蚀,变成氧化物或盐类.走行轨与地之间的