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牵引供电系统中钢轨频变参数特性研究

彭涛  
【摘要】:随着我国电气化铁路尤其是高速电气化铁路飞速发展,铁路出行已经成为人们日常出行重要的交通工具之一。牵引供电系统作为电气化铁路重要的组成部分,为整个电气化铁路系统提供源源不断的动力。为保障牵引供电系统高效可靠工作,研究出针对牵引供电系统精确的故障测距系统对快速检修、恢复生产有着重大的意义。目前,行波故障测距理论应用到牵引供电系统中,普遍存在故障测距精度问题。因为在牵引供电系统中,钢轨等输电线路普遍存在参数频变现象,导致故障行波在其传播过程中产生色散,波头发生畸变,波速无法确定,影响行波故障测距精度。为提高行波故障测距的精度,研究牵引网传输导体频变参数成为一个重要的课题。钢轨作为牵引网重要的组成部分,其参数频变现象不可忽视。本文首先对现有行波故障测距原理进行了分析和综述,分析了牵引网频变参数现象对行波在牵引网中传输的影响以及对行波故障测距精度的干扰,然后对钢轨频变参数计算方法重点研究。本文首先分析了计算钢轨频变参数两大难点,即钢轨铁磁特性和钢轨不规则截面形状。然后通过对现有计算钢轨频变参数可行方法综述后,提出了利用有限元软件建模仿真和等效管状导体数学模型两种方案对钢轨频变参数进行计算。在研究利用有限元软件仿真计算钢轨频变参数方法过程中,通过分析有限元仿真电磁场基本原理,利用Maxwell有限元仿真软件对钢轨1:1建模仿真,并给出建模过程中各仿真步骤的详细设置方法,最后得到钢轨频变参数仿真模型。在研究等效管状导体数学模型计算钢轨频率参数方法过程中,根据现有等效管状导体模型,提出了一种针对高频行波计算钢轨频变参数的简化管状导体数学模型,减少了等效管状导体模型计算参数数量,并给出了该简化模型计算过程中所需各参数确定方法。最后,本文根据有限元仿真模型和等效管状导体数学模型两种方法对P50钢轨进行实例计算,对计算结果分析总结。计算模型和计算数据为后续研究牵引供电系统行波故障测距中行波色散问题提供基础数据参考。论文最后对全文进行了总结,对存在的问题及下一步研究重点进行了展望。


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