(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111541564.2 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 国网山西省电力公司太原供电公司 地址 030001 山西省太原市府东 街71号 申请人 长沙理工大 学 (72)发明人 倪砚茹　喻锟　曾祥君　唐雨杭　 卓超　程新翔　韩炜　药炜　 (74)专利代理 机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 专利代理师 熊开兰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于复杂土壤模型的地铁杂散电流引起变 压器偏磁直 流计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于复杂土壤模型的地 铁杂散电流引起变压器偏磁直流计算方法， 包 括： 采集研究区域内所有变电站及地铁线路的位 置分布， 构建三维空间坐标系； 采集研究区域内 的土壤电化学参数； 根据列车当前所处的位置计 算钢轨电流 分布， 结合列车总牵引电流得到地铁 沿线的杂散电流 分布； 在COMSOL中构建土壤模型 并进行参数设置， 包括各区块土壤电化学参数及 地铁沿线的杂散电流 分布； 在COMSOL中仿真计算 土壤电位分布， 得到所有变电站位置的土壤电 位； 构建研究区域内的电网直流模型； 基于电网 直流模型并根据变电站土壤电位， 计算得到所有 变电站的偏磁电流大小。 本发明可以准确地模拟 地铁运行对附近 变电站产生的直 流偏磁的影响。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114491928 A 2022.05.13 CN 114491928 A 1.基于复杂土壤模型的地铁杂散电流引起变压器偏磁直流计算方法， 其特征在于， 包 括： 步骤1， 采集研究区域内所有变电站及地铁线路的位置分布， 构建三维空间坐标系； 步骤2， 采集研究区域内的土壤电化学参数， 包括土壤电阻率及土壤介电常数； 步骤3， 根据列车当前所处的位置计算钢轨电流分布， 结合列车总牵引电流得到地铁沿 线的杂散电流分布； 步骤4， 在COMSOL中构建基于三维空间坐标系的复合分层土壤模型， 并进行参数设置： 设置相应区域的土壤电化学参数以及地铁沿线的杂散电流分布； 步骤5， 在COMS OL中仿真计算土壤电位分布， 得到研究区域 内所有变电站位置的土壤电 位； 步骤6， 构建研究区域内的电网直流模型； 基于电网直流模型， 并根据所有变电站位置 的土壤电位， 计算得到所有变电站的偏磁电流大小。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤2采集土壤电化学参数的方法为： 首先 了解研究区域的地质特点、 土壤类型、 土壤湿度、 河流及山脉的分布情况； 其次对研究区域 进行土壤采集、 钻探调查， 采用温纳四级法得 出具体的土壤电化学参数。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤4构建复合分层土壤模型时， 根据研究 区域的地质结构特点， 将研究区域分割为土壤电化学参数不同的块状区域， 得到复合分层 的土壤模型。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 列车采用 双端供电运行方式， 钢轨电流与 杂散电流的计算方法如下： 其中， 表示地铁线路的任意位置； 为钢轨电流， 为杂散电流， 单位为A； 为钢轨电压， 单位为V； 为钢轨纵向电阻， 单位为Ω/km； 为过渡电阻， 单位为 Ω·km； 为大地纵向电阻， 单位为Ω/km； I为机 车总牵引电流， 单位为A； 所述参数机车总 牵引电流I、 钢轨纵向电阻 、 大地纵向电阻 和过渡电阻为现有地铁杂散电流监测系统 可测得技 术参数， 由公式可计算出钢轨电压 、 钢轨电流 和杂散电流 。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 以列车当前所在位置为分界点， 将研究区 域内的地铁线路被分为两段， 进而将钢轨电流分布被分为两段函数， 且两段线路的钢轨电 流边界条件分别为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114491928 A 2式中， 表示第一段线路上任 意位置 处的钢轨电流分布函数， 表示第二段 线路上任意位置 处的钢轨电流分布函数， L为研究区域内的地铁线路总长度， 为列车至 研究区域内地铁线路原点之间这条第一段线路的长度， 为列车至研究区域内地铁线路 终点之间这条第二段线路的长度。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤4设置地铁沿线的杂散电流分布的方 法为： 在COMSOL中定义分段函数来解析模拟杂散电流的分布， 并以线电流源的形式施加在 构建的复合分层土壤模型中。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤6构建的电网直流模型中， 其电阻网络 包括： 研究区域内每个变电站的直流接地电阻 、 每两个变电站之间的输电线直流电阻 以及每个变电站的变压器直 流电阻 ， 分别表示 为： 其中， 是第i个变电站的直流接地电阻， 是第i个变电站与第j个变电站的输电 线直流电阻， 是第i个变电站的变压器直 流电阻， n 为研究区域内的变电站总数量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114491928 A 3