• ISSN 0258-2724
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考虑钢轨电阻不确定性的地铁杂散电流泄漏区域定位方法

王爱民,  周文杰,  杨鑫

王爱民, 周文杰, 杨鑫. 考虑钢轨电阻不确定性的地铁杂散电流泄漏区域定位方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260086
引用本文: 王爱民, 周文杰, 杨鑫. 考虑钢轨电阻不确定性的地铁杂散电流泄漏区域定位方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260086
WANG Aimin, ZHOU Wenjie, YANG Xin. Metro Stray Current Leakage Zone Localization Method Considering Rail Resistance Uncertainty[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260086
Citation: WANG Aimin, ZHOU Wenjie, YANG Xin. Metro Stray Current Leakage Zone Localization Method Considering Rail Resistance Uncertainty[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260086

考虑钢轨电阻不确定性的地铁杂散电流泄漏区域定位方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260086
基金项目: 国家自然科学基金项目(52307139);四川省自然科学基金项目(2025ZNSFSC1332)
详细信息
    通讯作者:

    王爱民(1991—),女,副教授,博士,研究方向地铁杂散电流抑制,E-mail:wam501382@163.com

  • 中图分类号: TM86

Metro Stray Current Leakage Zone Localization Method Considering Rail Resistance Uncertainty

  • 摘要:

    现有地铁杂散电流泄漏定位方法通常将钢轨纵向电阻视为确定值,忽略了其因材料老化、接头电阻及环境因素导致的不确定性,从而影响定位精度与泛化性能. 为此,本文基于实测地铁钢轨纵向电阻数据,提出一种考虑其概率统计规律的杂散电流泄漏定位方法. 首先,利用核密度估计方法建立钢轨纵向电阻的概率分布模型,进而采用蒙特卡罗仿真方法模拟其不确定性,构建钢轨-大地电阻网络模型;在此基础上,采用遗传-粒子群优化算法提出钢轨对地过渡电阻或电导分布的计算方法,进而提出基于逐级定位的杂散电流泄漏位置定位策略;该策略首先通过粗定位确定杂散电流泄漏位置所在的车站区间,同时筛选最优适应度结果以估计钢轨纵向电阻分布,进一步在泄漏区间范围内利用逐级细分定位泄漏区域,并通过计算沿线钢轨对地过渡电导超过阈值的概率,实现泄漏位置的判定. 与模拟泄漏区域的对比结果表明:在钢轨纵向电阻非均匀分布、不同泄漏程度及不同泄漏范围下,所提方法均能准确定位到泄漏区域所在的车站区间,定位偏差小于30%;在考虑测量噪声影响时,钢轨纵向电阻估计结果的平均相对误差小于5%,表明所提方法有较强的鲁棒性和工程适用性.

     

  • 图 1  单位长度钢轨纵向电阻统计结果

    Figure 1.  Statistical results of longitudinal rail resistance per unit length

    图 2  单位长度钢轨纵向电阻概率密度分布

    Figure 2.  Probability density distribution of longitudinal rail resistance per unit length

    图 3  概率密度函数对比

    Figure 3.  Comparison of probability density functions

    图 4  地铁杂散电流泄漏模型

    Figure 4.  Metro stray-current leakage model

    图 5  杂散电流泄漏位置逐级定位方法流程

    Figure 5.  Flowchart of stepwise localization method for stray-current leakage positions

    图 6  GA-PSO混合算法流程图

    Figure 6.  Flowchart of hybrid GA-PSO algorithm

    图 7  地铁杂散电流泄漏区间定位流程

    Figure 7.  Inter-station section localization procedure for metro stray-current leakage

    图 8  杂散电流泄漏区域逐级定位策略流程图

    Figure 8.  Flowchart of stepwise localization strategy for stray-current leakage zones

    图 9  地铁线路示意图(单位:m)

    Figure 9.  Metro line diagram (unit: m)

    图 10  区间定位模型钢轨对地过渡电导计算结果

    Figure 10.  Calculated rail-to-earth transition conductance for inter-station section localization model

    图 11  钢轨对地过渡电导(划分距离500 m)

    Figure 11.  Rail-to-earth transition conductance (500 m segment length)

    图 12  钢轨对地过渡电导(划分距离25 m)

    Figure 12.  Rail-to-earth transition conductance (25 m segment length)

    图 13  迭代收敛结果

    Figure 13.  Iterative convergence results

    图 14  车站间单位长度钢轨纵向电阻统计

    Figure 14.  Statistical results of longitudinal rail resistance per unit length between stations

    图 15  定位过程中钢轨对地过渡电导计算结果

    Figure 15.  Calculated rail-to-earth transition conductance during localization

    图 16  测量噪声影响下钢轨参数计算结果

    Figure 16.  Calculated rail parameters under measurement noise

    表  1  模型关键参数

    Table  1.   Key model parameters

    金属结构 参数 参数值
    接触网纵向电阻/(mΩ•km−1)8
    钢轨纵向电阻/(mΩ•km−1)38
    钢轨绝缘涂层电阻率/(Ω•m)450000
    厚度/mm10
    排流网纵向电阻/(mΩ•km−1)660
    结构钢筋纵向电阻/(mΩ•km−1)320
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    表  2  工况A和B参数设置

    Table  2.   Parameter settings for operating conditions A and B

    工况 起点/m 终点/m 绝缘涂层/(Ω•m)
    A 1500 2000 45000
    B 8500 9000 45000
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    表  3  工况A1参数设置

    Table  3.   Parameter settings for operating condition A1

    钢轨位置/m 钢轨纵向电阻/(mΩ•km−1)
    [0,1314] 37
    [9426,10730] 39
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    表  4  工况A2和A3参数

    Table  4.   Parameters for operating conditions A2 and A3

    工况 泄漏位置/m 绝缘涂层/(Ω•m)
    A2 [1500,2000] 4500
    A3 [1500,1600] 4500
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-12
  • 修回日期:  2026-06-05
  • 网络出版日期:  2026-10-30

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