城轨直流牵引供电系统中钢轨对地存在分布电阻，部分回流电流泄漏至大地并在牵引所附近流回整流机组负极，这部分电流被称为杂散电流。杂散电流对埋地金属结构产生电化学腐蚀。实际运行过程中，多牵引变电所并列运行，多列车移动负荷随时间动态变化，引起全线钢轨电位、杂散电流动态变化，造成地铁沿线附近地中电位不断波动，埋地金属结构受到的腐蚀也随之变化。为了治理埋地金属结构的电化学腐蚀问题，需要确定杂散电流干扰范围和影响程度，并采取相应的防治措施。

西南交通大学电气工程学院等单位的科研人员研究了多区间多列车情况下杂散电流对地铁沿线附近地下环境的影响范围和程度，推导多列车多区间杂散电流随时间动态变化的分布模型；考虑介质分层情况，采用叠加原理建立杂散电流在地中电位分布的模型，获得沿地铁线路附近地电位梯度动态变化的特征；通过CDEGS仿真验证分层介质中电位分布模型的准确性；结合实际线路的工程案例，分析杂散电流对地下环境的干扰，探讨过渡电阻、纵向电阻、介质电阻率、计算距离对地电位梯度的影响。

图1 杂散电流在分层介质中的扩散模型

图2 仿真计算示意图

科研人员指出，提高钢轨对排流网过渡电阻是控制直流牵引供电系统沿线大地电位梯度的最重要措施。与地铁保持较远的距离，是减小杂散电流影响程度的关键。本次分析的线路列车采用6B编组，最大速度80km/h，发车间隔2min，混凝土电阻率为0.503Ω•km，土壤电阻率为38.9Ω•m，埋地金属结构与地铁线路距离50m时，钢轨过渡电阻值提高至40Ω•km以上，或钢轨过渡电阻值为5.31Ω•km时，埋地金属结构与地铁线路的距离增大至0.25km以上，全线任意位置均小于2.5mV/m。

本文编自2021年第23期《电工技术学报》，论文标题为“直流动态杂散电流在分层介质中的扩散模型”，作者为刘炜、尹乙臣 等。