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高速重载铁路车网耦合下过电压产生机理与防护方法研究

张雪原  
【摘要】: 随着我国高速重载电气化铁路的发展,牵引供电系统暴露或凸显出许多问题,牵引网和机车(动车)耦合中产生的过电压及其防护就是这些问题之一。近几年,我国高速重载铁路牵引供电系统出现了铁磁谐振过电压、分相过电压、钢轨电位升高和综合贯通地线等问题,这些问题理论研究还不够深入,在工程上还没有得到很好地解决,它们随时威胁着电气设备绝缘、通信信号设备稳定和牵引供电系统和机车(动车)的安全,研究这些过电压的形成机理和防护方法对促进我国高速重载铁路的发展具有重要的意义。本文对高速重载铁路中车网耦合过电压及防护中出现的这些新问题进行了探索。 为了分析铁磁谐振过电压,比较了描述变压器铁心材料硅钢片的磁化曲线的各种拟合函数,选择了改进的指数函数形式,保证磁化曲线在非线性段的拟合精度,进而能够保证铁磁谐振过电压分析的正确性。然后讨论了励磁电感与变压器结构参数、电压的关系,通过数值计算的方法研究了车载变压器励磁电感饱和现象,阐释了牵引网—机车(动车)系统中的铁磁谐振过电压的产生机理,提出了消除铁磁谐振过电压的方法。 根据机车(动车)过电分相的物理过程,把牵引网—机车(动车)系统划分为四个暂态过程,运用线性系统理论,对每个暂态过程建立了状态方程,代入典型的系统参数,计算了每个暂态过程中受电弓电压的大小和由于电弧重燃形成的暂态过程交互影响。计算表明,单一的电气暂态过程不会产生危害车顶绝缘的过电压;由于电弧的重燃,两种暂态过程会交替出现和交互影响,使受电弓上的电压逐渐升高,最终产生高电压击穿车顶保护气隙或引起车顶绝缘子的沿面闪络;由于机车(动车)过电分相时电压相位的随机性,以及受电弓与中性段间电弧产生和熄灭的随机性,分相过电压的产生也具有随机性。 提出了钢轨电压电流衰减常数概念并进行了现场测量,分析了钢轨电压电流的分布规律和影响因素;改进了综合贯通地线接地阻抗的计算,推导了综合贯通地线与钢轨电流分配公式,讨论了钢轨阻抗、综合地线阻抗、钢轨对地漏泄电导、综合地线对地漏泄电导和土壤电阻率等参数对综合贯通地线电流分配的影响。


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