城市轨道交通杂散电流腐蚀预测技术研究

摘要

城市轨道交通普遍采用直流牵引供电系统,目前我国正处于城市轨道交通的发展高峰期,而直流牵引系统的安全可靠运行是对城市轨道交通的基本要求。在直流牵引系统中,走行轨作为回流通路,但是走行轨对地不可能完全绝缘,从而有部分电流从轨道泄漏到道床及周围土壤中,即杂散电流。杂散电流会对轨道交通的道床、埋地金属管线、埋地钢筋结构以及附近金属设备造成腐蚀,导致金属物的强度降低,设备的使用寿命缩短,威胁着地铁运行安全,可能造成严重的经济损失和人员伤亡。所以有必要对杂散电流准确监测,以及对杂散电流腐蚀状况进行预测,从而保证城市轨道交通的安全运行。论文从以下几个方面展开:
　　首先,要建立精确回流系统分析模型很困难,通过对实际工况进行简化与限定,结合地铁直流牵引回流系统的特点,建立了轨道-大地结构的回流系统分析模型。在单边供电系统和双边供电系统两种方式下,对地铁杂散电流分布数学模型进行推导,并进行仿真验证,根据仿真结果分析了地铁杂散电流的分布规律及影响其分布的各种因素,对杂散电流腐蚀程度的监测与防护具有重要意义。
　　其次,介绍了金属腐蚀的基本定义,以及金属原电池腐蚀的概念;分析了地铁杂散电流的腐蚀机理,确定了地铁杂散电流腐蚀的危险性指标及判断依据。结合经验以及当今国内地铁的运行情况,介绍杂散电流会带来一系列新的问题和危害,如破坏埋地钢筋结构与金属管道,危害人员安全等。
　　接着,论文介绍了人工神经网络基本概念,针对BP神经网络的结构和算法进行了详细的分析介绍,并据此设计了基于BP神经网络的杂散电流腐蚀预测模型。通过建立的BP神经网络模型,预测参比电极偏移值以及埋地钢筋杂散电流密度,通过matlab仿真结果可知,基于BP神经网络模型预测方法精度高、可信度也高,具有很高的应用推广价值。
　　论文最后介绍了专家系统基本概念、Web服务技术,分析了地铁杂散电流专家系统的特点。给出了专家系统的架构、监测内容及方法。建立基于Web的杂散电流腐蚀专家系统,实际工程中的应用表明,该专家系统不仅能够对地铁杂散电流进行实时准确监测,还能根据收集到的数据进行分析,做出判断是否进行报警,以及对未来可能的杂散电流腐蚀进行预测,为地铁的安全运营提供了保障。

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表清单

1 绪论

1.1概述(Introduction)

1.2国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3 本课题研究背景及意义(Research Background and Significa nce of This Subject)

1.4本文主要研究内容(Main Research Contents)

2 地铁杂散电流的分布规律

2.1直流牵引回流系统(Reflux System of DC Traction)

2.2回流系统分析模型(Reflow System Analysis Model)

2.3 地铁杂散电流分布模型及其仿真分析（ Distribution model of Metro Stray Current and The Simulation Analysis）

2.4 杂散电流分布影响因素（ The Distribution Factor of Stray Current）

2.5 本章小结(Sub-conclusions)

3 地铁杂散电流腐蚀研究

3.1 金属腐蚀基本概念原理（ Basic Concepts and Principle of Metal Corrosion）

3.2 地铁杂散电流腐蚀基本原理（The Basic Principle of Metro Stray Current Corrosion）

3.3 地铁杂散电流腐蚀影响因素（Factors of Metro Stray Current Corrosion）

3.4 地铁杂散电流腐蚀危害（ Damage of Metro Stray Current Corrosion）

3.5 本章小结(Sub-conclusions)

4 基于BP神经网络的杂散电流腐蚀预测研究

4.1 人工神经网络（Artificial Neural Network）

4.2 BP神经网络（The BP Neural Network）

4.3 BP神经网络设计（The Design of BP Neural Network ）

4.4 杂散电流腐蚀预测（Stray Current Corrosion Prediction）

4.5 杂散电流密度预测（Stray Current Density Prediction）

4.6 本章小结(Sub-conclusions)

5 基于Web的杂散电流腐蚀预测系统研究

5.1 专家系统基本概念（Expert System Basic Concepts）

5.2 Web服务（The Web Service）

5.3 杂散电流专家系统的特点（The Characteristics of The Expert System for Stray Current）

5.4 基于Web的杂散电流专家系统架构（The Architecture of Stray Current Expert System Based on Web）

5.5 基于 Web 的杂散电流腐蚀专家系统应用（The Application of Stray Current Corrosion Expert System Based on Web ）

5.6 本章小结(Sub-conclusions)

6 结论

6.1 研究结论(Conclusions）

6.2 研究展望(Future Work）

参考文献

作者简历

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