• ISSN 0258-2724
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基于特勒根定理的地铁杂散电流泄漏点定位方法

周奇 占颖 王爱民 何斌 赵丽平 林圣

周奇, 占颖, 王爱民, 何斌, 赵丽平, 林圣. 基于特勒根定理的地铁杂散电流泄漏点定位方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260013
引用本文: 周奇, 占颖, 王爱民, 何斌, 赵丽平, 林圣. 基于特勒根定理的地铁杂散电流泄漏点定位方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260013
ZHOU Qi, ZHAN Ying, WANG Aimin, HE Bin, ZHAO Liping, LIN Sheng. Localization Method for Metro Stray Current Leakage Points Based on Tellegen’s Theorem[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260013
Citation: ZHOU Qi, ZHAN Ying, WANG Aimin, HE Bin, ZHAO Liping, LIN Sheng. Localization Method for Metro Stray Current Leakage Points Based on Tellegen’s Theorem[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260013

基于特勒根定理的地铁杂散电流泄漏点定位方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260013
基金项目: 国家自然科学基金项目(52407145,52307139);四川省科技厅支持项目(2026NSFSCZY006)
详细信息
    作者简介:

    周奇(1994—),男,助理研究员,博士,研究方向为城市轨道交通杂散电流评估与抑制等,E-mail:z@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    林圣(1983—),男,教授,博士,研究方向为交直流混联电网保护与控制、供电系统健康诊断与主动运维、城市轨道交通杂散电流分析与抑制等,E-mail: slin@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM86

Localization Method for Metro Stray Current Leakage Points Based on Tellegen’s Theorem

  • 摘要:

    为从源头定位地铁杂散电流泄漏点,首先建立地铁牵引供电系统等效电阻网络模型,根据钢轨绝缘损坏前后的等效电阻网络拓扑结构不变的特点,基于特勒根定理推导钢轨对地过渡电阻与牵引所及列车支路电压、电流的关系式;其次,考虑列车运行与牵引所、列车相关电气量的时空对应关系,构建多时间断面的钢轨对地过渡电阻求解方程组,并采用二分法对定位区间逐步细分以增加方程组维数,结合遗传算法对该方程组进行迭代寻优获取沿线钢轨对地过渡电阻分布;最后,将钢轨对地过渡电阻计算结果与杂散电流泄漏点判别阈值进行对比,以实现杂散电流泄漏点定位. 基于实际地铁线路参数及实测轧道车数据开展仿真验证,并从杂散电流泄漏点位置、泄漏程度及泄漏区间长度三方面分析所提方法的适用性. 结果表明:在不同泄漏点位置、不同泄漏程度及不同泄漏区间长度三类仿真场景下,最大定位误差分别为9.375 m、0 m、6.875 m,相对误差均低于0.4%,可见所提方法的定位结果与预设位置基本吻合. 综上所述,该方法能实现杂散电流泄漏点所在区段定位,可为钢轨扣件破损、局部绝缘劣化等场景下的杂散电流治理提供理论依据.

     

  • 图 1  地铁牵引供电系统结构示意

    Figure 1.  Schematic of metro traction power supply system structure

    图 2  地铁牵引供电系统等效电阻网络

    Figure 2.  Equivalent resistance network of metro traction power supply system

    图 3  杂散电流泄漏点定位流程

    Figure 3.  Flowchart for stray current leakage point localization

    图 4  轧道车实测数据

    Figure 4.  Measured data of track inspection train

    图 5  杂散电流泄漏点定位求解收敛曲线

    Figure 5.  Solving convergence curve for stray current leakage point localization

    图 6  钢轨对地过渡电阻计算结果

    Figure 6.  Calculation results of rail-to-ground transition resistance

    图 7  不同泄漏位置的计算结果

    Figure 7.  Calculation results for different leakage locations

    图 8  不同泄漏程度的计算结果

    Figure 8.  Calculation results for different leakage severities

    图 9  不同泄漏区间长度的计算结果

    Figure 9.  Calculation results for different leakage section lengths

    表  1  模型纵向导体参数

    Table  1.   Longitudinal conductor parameters of model

    金属导体 参数 数值
    钢轨 半径/m 0.0683
    阻值(Ω•km-1 0.02
    接触网 半径/m 0.009
    阻值/(Ω•km-1 0.008
    钢轨涂层电阻率 阻值(kΩ•m) 650
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    表  2  不同杂散电流泄漏点位置的仿真场景

    Table  2.   Simulation scenarios for different stray current leakage point locations

    序号泄漏点位置区间/m钢轨对地过渡电阻/(Ω•km)
    工况2[356.250, 375.000]2.500
    工况3[890.625, 909.375]2.500
    工况4[2043.750, 2062.5]2.500
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    表  3  工况2~4的定位结果

    Table  3.   Localization results for case 2–case 4

    序号定位结果区间/m定位误差/m
    工况2[356.250, 375.000]0
    工况3[900.000, 918.750]9.375
    工况4[2043.750, 2062.500]0
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    表  4  不同杂散电流泄漏程度的仿真场景

    Table  4.   Simulation scenarios for different stray current leakage severities

    序号泄漏点位置区间/m钢轨对地过渡电阻/(Ω•km)
    工况5[918.250, 937.000]3.000
    工况6[918.250, 937.000]2.500
    工况7[918.250, 937.000]1.000
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    表  5  工况5-工况7的定位结果

    Table  5.   Localization results for case 5–case 7

    序号定位结果区间/m定位误差/m
    工况5[918.250, 937.000]0
    工况6[918.250, 937.000]0
    工况7[918.250, 937.000]0
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    表  6  不同杂散电流泄漏区间长度的仿真场景

    Table  6.   Simulation scenarios for different stray current leakage section lengths

    序号泄漏点位置区间/m钢轨对地过渡电阻/(Ω•km)
    工况8[920.000, 945.000]1.000
    工况9[918.250, 937.500]1.000
    工况10[920.000, 930.000]1.000
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    表  7  工况8-工况10的定位结果

    Table  7.   Localization results for case 8–case 10

    序号定位结果区间/m定位误差/m
    工况8[918.250, 937.000]6.875
    工况9[918.250, 937.000]0
    工况10[918.250, 937.000]3.125
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-01-09
  • 修回日期:  2026-04-30
  • 网络出版日期:  2026-06-05

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