地铁杂散电流分布规律及源控制措施研究
2022-06-24付扬威周吉祥张明敏
1 概述
随着现代新型城市不断发展，城市中燃气管道与地铁线路的建设也在逐步更新，不可避免地会出现燃气管道与地铁线路交叉或并行的情况。由于轨道与大地之间总是存在电流通道，因此有部分电流由轨道泄漏，加剧邻近燃气管道的腐蚀。由法拉第定律可知，理论上1 A电流一年内可腐蚀掉约9.13 kg的金属
。杂散电流越大，造成的腐蚀越严重，严重影响燃气管道的安全、稳定运行。本文基于实际工程构建杂散电流分布模型，探讨由轨道泄漏至大地的杂散电流的影响因素，以期为从源头上减少杂散电流的产生、确保城市燃气管道安全运行提供参考。
2 地铁杂散电流成因
地铁的运行常采用直流牵引供电。由变电站将交流电转换为直流电，通过与变电站正极相连的接触网向列车输送，再流经轨道及与之相连的电缆返回变电站负极，构成供电回路
。地铁杂散电流产生原理见图1。
因轨道与大地之间存在电位差，且在实际工程中，轨道对地无法保证完全绝缘。部分电流由地铁轨道泄漏至大地，形成杂散电流。同时，埋地管道上的防腐层并不是完好无损，杂散电流由防腐层破损点进入金属管道，流经一段管道后由靠近变电站负极的管道防腐层破损点处流出，回到负极。在流出点发生还原反应，造成管道的腐蚀。
3 杂散电流分布模型的建立及推导
① 杂散电流分布模型建立
在建立地铁杂散电流分布模型之前，需首先了解地铁牵引供电的方式。我国通常分为两种：即单边供电与双边供电。其中，单边供电为一个变电站为机车的运行提供牵引电流，双边供电为两个变电站为机车的运行提供牵引电流。地铁牵引供电的方式见图2。
从微观经济主体企业的角度来讲，中美贸易摩擦鞭策江苏省企业寻求其他国家的商业合作伙伴，同时也开始意识到独立研发、技术创新、专利保护、增强维权意识、寻求法律援助和提高员工法律素质的重要性。也就是说，中美贸易摩擦也使得企业开始自我反思，并且要求企业及时做出相应措施来积极面对此次贸易摩擦，这对于企业来说，可以更好地定位自我、完善自己，所以这次贸易摩擦也是一次对江苏省企业的考验。
我国地铁系统常采用双边供电的方式，单边供电通常在交通系统的试车段等特殊情况下使用
。两种不同供电方式下，牵引电流、轨道纵向电阻、过渡电阻等对杂散电流分布的影响趋势相同，因此为便于模型的构建与计算，本研究基于单边供电方式下进行
。而对于双边供电系统，可将其理解为两个独立的单边供电系统，其模型的构建与计算与单边供电系统类似。
1.1.2 叶瘟。分蘖至拔节期为害较重，有2种类型病斑：①急性型病斑，即叶片上形成暗绿色、近圆形或椭圆形病斑，醉叶两面都产生褐色霉层；②慢性型病斑，即病斑形状为菱形或者长菱形，中央灰白色，边缘红褐色，外面有黄色晕圈，并且病斑上有灰色霉层［1］。
实际工程中，机车沿地铁轨道运行，轨道下方敷设排流网，且有钢筋等埋地金属结构，因此，本文构建轨道-排流网-埋地金属-大地4层结构下的杂散电流分布模型。在现场环境中，杂散电流分布十分复杂。不同的路段有不同的地质条件，土壤电阻率各不相同，且沿线有各种设施的干扰。考虑到上述情况，准确无误的模型很难建立出来，需要对一些条件进行理想化假设
。假设为：a.单边供电下，变电所提供恒定牵引电流。b.忽略接触网电阻。c.轨道纵向电阻、排流网纵向电阻、埋地金属结构纵向电阻均视为均布电阻。d.不同结构之间的过渡电阻为均布电阻
。基于上述假设，单边供电下4层结构电阻分布模型见图3。
图中
——地铁轨道的纵向电阻，Ω/km
——轨道-排流网、排流网-金属结构的过渡电阻，Ω·km
内存推移理论及其实验·····················李凯凯 金 翊 欧阳山 周时强 (2,151)
——排流网纵向电阻，Ω/km
——金属结构纵向电阻，Ω/km
——金属结构-大地的过渡电阻，Ω·km
(
)
-
(
)
-
″(
)
=0
——单边供电下地铁机车的运行区间，km
其次就是要加大人才培养力度，提高大数据质量。高校是思维活跃、理念创新的场所，对于大数据的理解和应用也应该走在时代的前列。高校应该普及大数据理念，培养师生的大数据素养，努力培养更多大数据专业人才。21世纪人才质量的高低才是决定一个行业竞争力的关键。作为一门新的领域，专业人才的缺失将限制大数据的发展速度。高校应该充分发挥人才资源优势，合理开设专业课程，加大培养人才力度，促进大数据专业的发展。同时应该当调整教学和管理队伍结构，合理设置管理，引进大数据专业人才，提高学习大数据应用和开发水平。
利用高等数学微元思想，将机车运行区间分为无限多个小模块。利用基尔霍夫定律，分别视轨道-排流网与排流网-金属结构为两个回路，得到电流电压节点模型及参数，见图4
。图4d中
(
)已包含d
(
)。
图中
(
)——位置
处的轨道电压，V
(
)——位置
处的排流网对金属结构的电压，V
近年来，宜昌市食品药品监管局认真贯彻落实“四个最严”“四有两责”要求，不断提高食品药品安全治理能力和保障水平，取得了显著成效。该市连续3年被香港城市竞争力研究会评为“中国十佳食品安全城市”；在全国首批15个食品安全城市创建试点城市中期评估中以全国第二的成绩进入第一梯队；2015年在湖北省食品药品安全公众满意度民意调查中位列第一；创城工作被评为宜昌市2015年十件大事之一。成绩如何得来？请看宜昌市局的答卷。
(
)——位置
处的轨道电流，A
(
)——位置
处的排流网电流，A
② 运行区间对杂散电流的影响
——地铁机车距离牵引变电所的距离，km
② 分布模型的数学推导
对图4a、4c分别应用基尔霍夫电压定律，得式(1)、(2)。对图4b、4d分别应用欧姆定律，得式(3)、(4)。具体如下：
所谓信息化支撑：借助离退休人员信息管理系统，建立分门别类、种类齐全的基础信息数据库，实现动态化管理；构建了一个天上有“云”（云计算中心）、地上有格（党员管理网格）、中间有网的新型服务管理信息化支撑体系，规范服务管理工作流程。
(
)+d
(
)+
(
)
d
=
(
)+
(
)
d
长期以来，高中生物课堂一直以老师为主，老师推行的是“满堂灌”教学，机械式地向学生灌输知识，而这种教学很容易挫伤学生的学习积极性，不利于高效课堂教学的实现。随着信息时代的到来，多媒体的出现也为高中生物课堂教学带来了巨大便利。多媒体打破了传统教学在时空上的限制，实现了静态教学向动态教学的转变。在高中生物课堂中，借助多媒体，可以创设良好的课堂环境，进而调动学生的学习积极性，提高教学实效。
(1)
(
)+d
(
)+
(
)
d
=
(
)+
(
)
d
(2)
(3)
(4)
在模型中近似认为轨道电流、排流网电流、金属结构电流之和为牵引电流，则有：
=
(
)+
(
)+
(
)
(5)
——地铁机车牵引电流，A
1.1.1 主要的仪器设备:①梯度PCR仪(德国eppendorf公司)②紫外凝胶成像系统(Cell Biosciences公司)③Universal水平电泳仪 (BIORAD 300,美国伯乐公司)
(6)
根据式(5)，则同理可由式(2)与式(4)得出：
(7)
由式(6)两端进行二次求导，变形可得：
(8)
将式(6)、(8)代入式(7)并化简可得：
(9)
为便于计算，可将式(9)表示为：
取列车运行区间
为4 km，牵引电流取3 000 A。轨道纵向电阻、金属结构纵向电阻取0.01 Ω/km，各络层过渡电阻取15 Ω·km，排流网的纵向电阻分别取0.007 Ω/km、0.010 Ω/km、0.100 Ω/km，通过模拟，得到不同排流网纵向电阻下的杂散电流分布见图8。
(10)
④ 排流网纵向电阻对杂散电流的影响
(11)
(12)
水利项目建设工程通过公开招标确定投融资单位，由投融资单位负责筹措承包工程项目的建设资金，并通过BOT、TOT、BT等方式负责项目建设运营。此种融资方式有利于扩大社会资源优化配置的范围，有利于降低政府融资成本和财政资金压力。《意见》指出要积极发展BOT、TOT、BT等新型水利项目融资模式，通过有资质的水利项目建设方作为贷款主体，引导更多信贷资源支持水利建设。
在以下计算中，式(11)、(12)的±符号取正值。
式(10)～(12)中：
(13)
(14)
(15)
则可得到：
(16)
式中
、
、
、
——待定系数
再利用双曲函数表达式对式(16)变形，可得到：
(
)=
sinh(
)+
cosh(
)+
(17)
式中
、
、
、
——待定系数
由式(6)可得：
(18)
理想条件下有边界条件，
=0或
=
时，
(
)=
。
=0或
=
时，
(
)=0。将边界条件
=0或
=
时，
(
)=
代入式(17)，可得式(19)、(20)。对式(17)两端进行两次求导后，将边界条件
=0或
=
时，
(
)=0代入该式及式(18)，可得式(21)、(22)。式(19)～(22)如下。
(19)
sinh(
)+
cosh(
)+
sinh(
)+
(3)钠长石化锂辉石微斜长石型伟晶岩：灰白色、浅肉红色，块状交代结构，伟晶结构，块状构造。主要成分为钠长石、微斜长石、石英、云母及少量锂辉石。其中钠长石约占30%，微斜长石约占25%，石英约占30%，云母约占8%，锂辉石约占5%。钠长石灰白色细粒砂糖状，微斜长石呈细粒粒状交代结构，石英呈他形不规则状充填，粒度小于10mm，白云母呈小片状，片径为10～15mm，锂辉石呈浅黄绿色，呈短柱状、宽板状，大小多在8～15cm之间。
(20)
(21)
(22)
联立式(19)与(21)可得：
(23)
代入式(19)可得：
(24)
再由式(20)与(22)可得：
(25)
(26)
将求得的待定系数
、
、
、
代入式(17)，即可得到轨道电流表达式。在4层结构模型中，近似认为除却流向地铁轨道的，其余均为泄漏的杂散电流
，则可得到杂散电流表达式为：
(
)=
-
(
)=
-[
sinh(
)+
cosh(
)+
sinh(
)+
cosh(
)+
3'RACE扩增产物胶回收产物纯化后进行琼脂糖凝胶电泳，可见一大小约800 bp左右的清晰条带(图2)。
(27)
式中
(
)——
位置处泄漏的杂散电流，A
由上述杂散电流表达式可看出，杂散电流与列车牵引电流
、轨道纵向电阻
、排流网纵向电阻
、金属结构纵向电阻
、各络层之间的过渡电阻(轨道-排流网与排流网-金属结构的过渡电阻
)、地铁机车运行区间
等因素有关。
4 杂散电流影响因素模拟分析
本节中，借助MATLAB软件对所求得的杂散电流表达式进行模拟分析，通过控制变量的方法，详细讨论影响杂散电流的每种因素，得到杂散电流分布图。在模拟分析之前，通过查阅相关文献确定各影响因素的取值范围
。牵引电流：2 000～3 000 A。地铁机车运行区间：2～4 km。纵向电阻：0.001～1 Ω/km。各络层之间的过渡电阻：0～150 Ω·km。
① 牵引电流对杂散电流的影响
取列车的运行区间
为4 km，取轨道纵向电阻、排流网纵向电阻、金属结构纵向电阻均为0.01 Ω/km，各络层之间的过渡电阻取15 Ω·km，牵引电流分别取
为2 000 A、2 500 A、3 000 A，通过模拟得到不同牵引电流下的杂散电流分布见图5。
式中
、λ
——特征方程的特征根
(
)——位置
处的金属结构电流，A
在国有林场中工作的职工，每个人工作成绩是不相同的，因此实施绩效考核可以指导和监督职工的工作情况，让职工更加认真尽责的开展工作是唯一的目标。绩效考核的主要作用有以下几点：
列车运行区间
分别取2 km、3 km、4 km，牵引电流取3 000 A，纵向电阻均取0.01 Ω/km，过渡电阻取15 Ω·km，通过模拟得到不同运行区间下的杂散电流分布见图6。
③ 轨道纵向电阻对杂散电流的影响
取列车运行区间
为4 km，牵引电流取3 000 A。排流网纵向电阻、金属结构纵向电阻取0.01 Ω/km，各络层过渡电阻取15 Ω·km，轨道纵向电阻分别取0.005 Ω/km、0.010 Ω/km、0.020 Ω/km，通过模拟，得到不同轨道纵向电阻下的杂散电流分布见图7。
式中
、
、
——已知系数
(
)-
″(
)+
(
)-
=0
⑤ 过渡电阻对杂散电流的影响
取列车运行区间
为4 km，牵引电流取3 000 A。取轨道纵向电阻、排流网纵向电阻、金属结构纵向电阻均为0.01 Ω/km，轨道-排流网过渡电阻、排流网-金属结构过渡电阻相同，分别取10 Ω·km、15 Ω·km、20 Ω·km，通过模拟，得到不同过渡电阻下的杂散电流分布见图9。
⑥ 小结
由上述模拟过程可以看出，列车牵引电流、列车运行区间、轨道纵向电阻、轨道-排流网过渡电阻、排流网-金属结构过渡电阻取值不同时，均会对杂散电流的分布产生较明显的影响。
其中，牵引电流越大，在同一区间内产生的杂散电流越大，如图5所示，
为3 000 A时，杂散电流峰值约为4 A。列车运行区间越长，杂散电流越多，如图6所示，最大最小值相差约3 A。轨道纵向电阻越大，同一区间内杂散电流越多，且影响十分明显，如图7所示。不同络层之间的过渡电阻越小，越利于杂散电流增大，如图9所示。根据图8，排流网纵向电阻变化时，对杂散电流影响很小，但排流网可使泄漏出的杂散电流多数回流至变电站负极，减少流向埋地管道的杂散电流，降低管道腐蚀的风险。
5 杂散电流源控制法防护策略
为降低杂散电流对埋地燃气管道的腐蚀，从源头上加以控制是最主要的防护措施。由上述建模推导及模拟分析可看出牵引电流、运行区间、轨道纵向电阻、过渡电阻等均会在较大程度上影响杂散电流的产生与分布
。对于源控制法防护，可从以下4个方面分析。
出来才发现天已经很晚了，半边天繁星闪烁，半边天乌云密布，风凉丝丝的，像是暴雨要来了。我们从白云宾馆左边的一个小巷里拐进去，好几次我想挤到前面去，想问问那个我一直没有看见的刘伟，我们这是要到哪里去，去干什么，但我跟在泰森的身后，他庞大的身体把前面挡得严严实实，试了几次都没有成功。
① 减小牵引电流
考虑成本效益，在设计允许范围内，应尽可能减小地铁牵引电流，减少杂散电流对埋地管道的腐蚀。
② 缩短列车运行区间
列车运行区间同样是影响杂散电流的一个重要因素，相邻两变电站之间的距离不宜过大。考虑到经济条件，应在可接受范围内适当增加变电站，缩短运行区间，减少杂散电流。
③ 减小轨道纵向电阻
在地铁设计初期阶段，应选取纵向电阻小的轨道材料。
④ 增大过渡电阻
采取措施增大过渡电阻可有效减少杂散电流，降低腐蚀管道的风险。
6 结论及建议
① 牵引电流、运行区间、轨道纵向电阻、过渡电阻取值不同时，杂散电流会有较明显的变化，排流网纵向电阻对杂散电流的产生与分布影响较小。
② 实际工程中，可从源头上采取措施减少杂散电流的产生，如采取高电压供电系统降低牵引电流、在成本允许条件下增加变电站从而减小列车运行区间、选取纵向电阻较小的钢轨、采取措施增大过渡电阻等。研究内容可为现场工程杂散电流腐蚀防护提供参考，使燃气管道更为安全稳定运行。
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