[發明專利]一種復雜地質條件下地鐵雜散電流計算方法

有效

• 申請號: 202010154030.3
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111310104B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 林圣;張瀚;張海強
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F17/16
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

1.一種復雜地質條件下地鐵雜散電流計算方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟1：根據調研現場及施工圖紙，獲取地鐵相關參數，并定義空間直角坐標系原點位置；

步驟2：劃分土壤單元：

根據復雜地質情況，將土壤分為H層，其中第h層的厚度為H_h；并將第h層的土壤沿地鐵線路方向分為M段，第m段的長度為L_m，將第h層的土壤沿水平垂直地鐵方向分為N段，第n段的長度為W_n，其中h＝1，2，…，H；m＝1，2，…，M；n＝1，2，…，N；整個土壤劃分為T＝M×N×H個土壤單元，共產生Q＝(M+1)×(N+1)×(H+1)個節點；

步驟3：建立節點矩陣JD：

S3A：將步驟2得到的節點按從左到右、從上到下、從前往后的規則進行編號，編號為1～Q；

S3B：定義1號節點的位置為空間直角坐標系原點(0,0,0)，根據地鐵線路長度、土壤厚度、土壤寬度以及土壤單元劃分情況，獲取任意節點在空間直角坐標系中的坐標值(x，y，z)，其中x為沿地鐵線路方向，y為水平垂直地鐵線路方向，z為土壤深度方向；

S3C：定義一個Q行4列的矩陣JD，矩陣中第1列元素為節點編號，第2～4列元素分別為節點對應的坐標值x、y、z；

步驟4：建立土壤單元矩陣DY：

S4A：將步驟2得到的土壤單元按從左到右、從上到下、從前往后的規則進行編號，編號為1～T；并將第t個單元的8個節點按從左到右、從上到下、從前往后的規則進行編號，編號為t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，t₇，t₈；其中t＝1,2,…,T；

S4B：定義一個T行10列的矩陣DY，矩陣中第1列為單元編號，第2～9列為t₁～t₈個節點的編號，第10列為該土壤單元對應的土壤的單位電導率；

步驟5：計算任意土壤單元的單元導納矩陣：

S5A：分別求取第t個土壤單元的長a_t＝|JD(DY(t,2),2)-JD(DY(t,3),2)|、寬b_t＝|JD(DY(t,2),3)-JD(DY(t,4),3)|、高c_t＝|JD(DY(t,2),4)-JD(DY(t,6),4)|，其中DY(p,q)表示土壤單元矩陣DY中第p行第q列的元素值，JD(p,q)表示節點矩陣JD中第p行第q列的元素值，|*|表示求取*的絕對值；

S5B：計算第t個土壤單元的單位導納矩陣其中

/

步驟6：定義一個Q行Q列的整體導納矩陣K，并依次將第t＝1,2,..,T個土壤單元導納矩陣K^t的第i行第j列的元素K^t(i,j)放到整體導納矩陣K的第DY(t,i+1)行第DY(t,j+1)列的位置，若整體導納矩陣K中某個位置有多個元素，則將多個元素值累加；其中i＝1,2,…,8；j＝1,2,…,8；

步驟7：設置導體矩陣DT；

S7A：在步驟2的土壤單元設置2根導體表示鋼軌，設置6根導體表示排流網，設置10根導體表示結構鋼筋；并將每根導體劃分為M段，形成18×M個導體單元；每個導體單元有2個節點，共有18×(M+1)個節點；

S7B：將S7A得到的導體單元按從左到右、從上到下、從前往后編號為1～18×M；在第t個土壤單元中的導體單元的編號為t₃、t₄；

S7C：定義一個18×M行4列的導體單元矩陣DT；矩陣中第1列表示導體單元的編號，第2、3列分別表示導體兩個節點的編號，第4列表示導體單元的單位電阻率；

步驟8：計算任意導體單元的導納矩陣：

S8A：分別求取第s個導體單元的長l^s＝|JD(DT(s,2),3)-JD(DT(s,3),3)|，其中DT(p,q)表示導體單元矩陣DT中第p行第q列的元素值,JD(p,q)表示節點矩陣JD中第p行第q列的元素值，|*|表示求取*的絕對值，s＝1，2，…,18×M；

S8B：分別計算第s個導體單元的單元導納矩陣

步驟9：依次將第s＝1,2,..,18×M個導體單元的單元導納矩陣G^s的第i行第j列的元素G^s(i,j)累加到步驟6獲得的整體導納矩陣K的第DT(s,i+1)行第DT(s,j+1)列位置的元素上，其中i＝1,2；j＝1,2；

步驟10：定義一個Q行1列的電流矩陣I，將電流矩陣I第d行的元素值設置為牽引電流的大小的一半，其中d為列車所在位置的節點編號；將電流矩陣I第f行的元素值設置為牽引回流的大小的一半，其中f為牽引變電所的節點編號；將電流矩陣I其他位置的元素值均設置為0；

步驟11：計算電位矩陣DW＝K^-1I，其中K^-1為對矩陣K進行逆運算；

步驟12：計算雜散電流：

S12A：計算第t個土壤單元x方向的電流密度計算第t個土壤單元y方向的電流密度/計算第t個土壤單元z方向的電流密度/其中分別為第t個土壤單元t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，t₇，t₈節點的電位；

S12B：分別計算第t個土壤單元x方向、y方向、z方向的雜散電流：

其中，

2.根據權利要求1所述的一種復雜地質條件下地鐵雜散電流計算方法，其特征在于，所述地鐵相關參數包括地鐵線路長度、地鐵沿線土壤分層情況、土壤單位電導率、土壤厚度、土壤寬度、鋼軌單位電阻率、排流網單位電阻率、結構鋼筋單位電阻率、鋼軌在土壤中的位置、排流網在土壤中的位置、結構鋼筋在土壤中的位置、列車位置、牽引變電所位置及牽引電流大小。