基于阶跃级数逼近法的城市轨道交通钢轨短路电流趋肤效应研究

喻 乐 和敬涵 王小君 薄志谦

（1.北京交通大学电气工程学院 北京 100044 2.ALSTOM电网公司 英国斯塔福德 ST17 4LX）

1 引言

城市轨道交通牵引网大量采用第三轨（接触轨道）供电方式。第三轨容易因绝缘老化、受损发生对走行轨或接地短路故障，严重威胁着轨道交通安全运行，造成不同程度的停运事故。

目前，国内城市轨道交通直流馈线保护设备主保护原理为电流上升率与电流增量保护，该方法能区分大部分故障情况，但随着城市轨道交通的快速发展，该原理对于运行区段内多机车用电与高阻短路等情况存在难以区分的问题。因此，大量研究针对该问题展开：文献[1-5]利用小波等方法以区分短路电流趋肤效应特征与机车正常用电电流时间常数特征；文献[6-8]采用稳态分析方法对城市轨道交通供电系统馈线短路现象进行了分析。

当钢轨发生短路故障时，暂态初始时刻钢轨中电流会产生趋肤效应，使得暂态初始时刻电阻大、内电感小，但随着时间的推移电阻逐渐减小而内电感逐渐增大，由趋肤效应引起暂态过程时间常数变化规律与MTRC地铁短路试验结果基本一致[9]。对钢轨短路趋肤效应的准确计算是研究针对城市轨道交通供电系统的配套直流馈线保护、监测及故障定位等技术开发的基础，且对直流馈线保护定值整定有着重要作用。

目前钢轨短路电流趋肤效应的仿真计算所采用的方法主要有以下三类：①时域计算方法：由H. S.Carslaw与J. C. Jaeger[10]为解决导体热传导问题最先提出，并由Edward J. Tuohy等人[11]引入趋肤效应计算。……