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电气化铁路的电磁兼容性研究

谭天洪  
【摘要】:铁路不仅是一种常规、便捷、高效的交通工具,更是一个国家的动脉,尤其对我国这样地域广阔、人口众多、运输繁忙的大国而言,铁路的重要性更是不言而喻。在“十二五”规划中,国家计划进一步加大对这一国计民生工程的投入,未来的铁路建设将以更具优势的电气化铁路为主。越来越庞大的铁路网正在为每个人的日常生活提供着越来越多的便利,但就如汽车的大量使用会带来大气污染一样,电气化铁路的广泛使用会带来电磁污染的压力。电气化铁路采用交流25kV单相供电,正常工作电流可达1000A,这种交流、高电压、大电流的工作模式本身就可能产生极强的电磁干扰。另外,电气化铁路具有速度快、运量大、带负载能力强等优点,而且伴随着科技进步,这些优点进一步加强,但在电压一定的情况下,这些优点往往需要靠增大工作电流来获得。电流的进一步增大,势必会对周围的电磁环境造成更大的伤害。 目前,国内外有不少专家学者在从事着电气化铁路电磁兼容性方面的研究,但大多仅针对某一部件或某一分系统进行且往往仅停留在理论分析层面,这样就存在研究内容不全面及缺乏实践验证理论的问题。正是为了弥补这两点不足,本文从整个电气化铁路系统入手不仅进行了全面的理论研究而且进行了大量实地测量。 本文以某段实际电气化铁路为研究对象,在阅读大量相关文献及国内外标准、法规的基础之上,认真总结了电气化铁路电磁兼容的发展历程和目前国内外的发展现状。进一步将电气化铁路的电磁干扰按耦合途径分为:阻性耦合、感性耦合、容性耦合和辐射耦合,并深入研究了每种耦合干扰产生的原理,干扰强度的计算公式,消除或减小干扰的对应措施。对于辐射耦合,不仅进行了深入的理论计算,还对工频干扰进行了仿真观察,为了准确、定量的认识辐射耦合,本文使用频谱分析仪等专业电磁场测量仪器进行了多次外场测量。这些测量,不仅是对以前缺乏实践的一种补充、完善,而且为以后的研究提供了充足的数据依据。对于两种无法通过测量来认识的极端情况下的电磁辐射,本文使用Simulink来进行建模仿真。由仿真结果可知,一旦电气化铁路发生这两种小概率事件就极可能造成电磁干扰超过标准极限值,这就可能对自身的安全运行或沿线其它电子电气设备的正常工作造成影响甚至破坏,为了防范于未然,本文依据电磁学原理提出了预防电气化铁路发生弓网离线和遭遇雷击的建议。 本论文的研究结果有助于大家进一步认识电气化铁路的电磁兼容性,可以为以后电气化铁路的电磁兼容设计提供理论支撑,同时有助于电气化铁路自身及沿线电子电气设备安全、良好的工作。


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