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高速铁路综合接地系统地表电磁特性研究

陈亮  
【摘要】:综合接地系统为高速铁路提供了等电位的接地连接;近年来,我国高速铁路发展迅速,线路运营里程增大、机车运行密度增高对高速铁路接地的安全性提出了更高的要求,综合接地系统健康的运行状态对高铁安全运营至关重要。本文围绕着综合接地系统不同部分分别进行了详细的建模,主要包括路基段、沿线牵引变电站接地网、桥梁段与隧道段;针对各个部分的综合接地系统进行了电磁特性分析,在此基础上对故障状态下的电磁特性进行了研究,为故障定位和诊断提供了理论基础。基于CDEGS软件平台搭建了路基段综合接地系统模型,研究了不同工况下的电磁分布特性;通过设置不同的故障点,对故障特性进行分析。构造牵引变电站接地网模型,在正常状态下,考虑了多种因素(不同土壤结构、工频电流大小、高频电流)对地表电磁分布的影响;对接地导体的故障程度进行分级,对于接地网单点故障地表电磁特性进行分析;计算接地网在不同频率故障情况下地表电磁分布,研究了接地网高频故障特性。建立了桥梁综合接地系统模型,论文充分考虑了高架桥的接地结构,对接地特性进行了详细的研究;以桥梁沿线地表电磁量的幅值作为特征量,对桥梁综合接地系统的多种故障进行了深入分析;结果表明:根据电磁分布,可以对桥梁综合接地系统的多种故障类型和故障位置进行判断。由于空间介质结构的特殊性,CDEGS在隧道接地系统接地分析中存在劣势,本文使用了有限元方法求解隧道空间中的电磁分布;为了更好地将有限元方法引入到高速铁路隧道接地系统中,本文构造了适用于隧道结构的弧形六面体单元,然后,根据改进后的有限元模型,计算得到高速铁路隧道模型内的电磁分布,对高频接地特性进行了研究;最后,对接地故障进行分析判断。论文充分考虑了高速铁路综合接地系统各个部分的接地结构,所做的理论研究和仿真结果表明:电磁量可以反映综合接地系统不同部分、不同类型的故障特征,得到的结果能为工程中高速铁路综合接地系统故障诊断提供一定的理论依据。


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