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基于动车组接地系统电气耦合模型的电磁暂态分析

成业  
【摘要】:高速铁路给旅客出行带来了高速、方便、舒适的体验,近年来在中国乃至世界发展迅猛,动车组作为高速铁路系统的核心部分与高铁的安全运营息息相关,虽发展迅速,但仍有一些与动车组接地技术相关的问题亟待解决。例如,动车组暂态运行工况时车体电压陡升引起车体电势分布不均、动车组轮对过绝缘节切断点产生电弧烧损绝缘节和钢轨轨头现象等,本文将围绕这两个问题展开研究。在高速铁路的安全运行中,车体电压和接地回流是很重要的影响因素。在研究车体过电压、接地回流和接地优化工作中,模型的准确性和动车组的参数选取十分重要。动车组在实际运行中,牵引网回路与车体-接地线-钢轨回路间的电气耦合作用是存在的。因此,本文利用多导体传输线理论推导了几种常见供电方式下牵引网回路与车体接地回路间的电气耦合系数,并将该电气耦合作用加入基于ATP-EMTP建立的动车组接地系统模型中,增加了模型的准确性,对研究车体电压波动、车体接地环流机理分析和接地系统优化工作有一定意义。基于所建立的动车组接地系统电气耦合模型,展开了动车组正常运行工况、降弓工况、升弓工况和带载过分相工况的仿真工作,分析了车体电压和接地电流的分布规律。针对动车组轮对过高速铁路站内钢轨绝缘节时产生电弧烧损绝缘节和钢轨轨头的现象,本文结合站场股道实际情况和动车组接地方式,首先分析并计算了动车组每个轮对跨接钢轨绝缘节切断点之前绝缘节切断点两端电位差,然后分别对动车组普通轮对和接地泄流轮对过绝缘节切断点进行暂态过程分析,分为三个暂态过程:轮对到达切断点、跨接切断点两侧钢轨、离开切断点后侧钢轨产生电弧。对每个暂态过程建立接地系统电路等效模型,基于状态空间模型求解各个暂态过程的电压电流波形,然后拟合适用于绝缘节切断点电弧的理论模型,得到普通轮对和接地泄流轮对过绝缘节切断点产生的电弧电压电流波形并比较,为解决轮轨电弧灼烧钢轨绝缘节提供理论依据。通过对以上两个与动车组接地相关的问题进行仿真分析和理论计算,本文对动车组暂态运行工况时产生的车体电压陡升和车体电势分布不均进行了保护接地优化设计工作,并提供了能够抑制或者消除轮轨拉弧的解决思路。


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