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考虑地理气候条件的牵引网电气参数计算研究

潘存磊  
【摘要】:铁路作为国家的重大民生工程,在国家相关政策的支持与鼓励下得到了快速发展,作为交通互联体系中的骨干力量,其重要性日益突出。牵引供电系统是电气化铁路的重要组成部分,承担着为电力机车持续稳定提供电能的重要任务。为实现牵引供电系统更加准确的潮流计算等分析,得到准确的牵引网线路电气参数至关重要,因此,研究不同地理气候条件对牵引网电气参数的影响就十分必要。获得准确的牵引网线路电气参数,一方面可以对牵引网线路的运行状况进行清楚的了解,另一方面,对牵引供电系统的实时动态分析也具有积极意义。本文以电气化铁路牵引网为研究对象,论文主要对电气参数计算相关基础理论进行介绍,对不同气候条件影响下的牵引网阻抗和导纳参数的计算、校正以及分段结构的牵引网模型等内容进行了研究。(1)对电气化铁路牵引供电系统和牵引网供电方式进行了介绍,研究了基于Carson理论的电气参数计算方法,分析了多导体传输线的阻抗矩阵求解方法,对牵引网中的线路进行合并简化。以单线带回流线的直接供电方式为例,得出了对应的单线牵引网等效阻抗。(2)针对气候环境因素对牵引网导线电阻的影响,首先分析了牵引网导线在不同的导线温度影响下的变化情况,表明牵引网运行时的电阻会随着导线的实际温度而改变,分析得出导线的温度与周围的外部环境温度等因素有关,导体温度受外部气象环境的影响。其次,借鉴电力系统输电线路的研究思路,在牵引网阻抗参数分析计算中引入热平衡方程,通过电热耦合得到导线的电阻、载流和导线周围环境温度、风速、海拔高度、日照强度等气象参数之间的关系,采用控制变量的思想,对热平衡方程中涉及的几种不同的气象环境因素对牵引网接触线载流造成的影响进行了分析。然后,采用四阶龙格库塔法讨论了暂态热平衡方程的求解方法,分析了不同环境温度和载流等条件下的牵引网电阻暂态变化过程。最后,在给定线路电流的情况下分析了接触线电阻受环境温度、风速、风向角等气候环境因素的影响变化情况。(3)针对气候环境因素对牵引网导纳参数的影响,分析了导纳参数计算公式中可能受到气候环境影响的物理量,运用电介质理论分析了介电系数与环境温度、大气压强和空气相对湿度的影响关系。从牵引网的覆冰结构出发,采用等效覆冰厚度推导了在线路覆冰情况下的电位系数计算修正公式,对不同地区、不同时间的牵引网线路受气象条件及覆冰影响的电容参数进行了定量研究与分析。(4)基于牵引网气候条件沿线的时空差异,提出了基于线路沿线风速信息分段的牵引网分段电气参数计算模型。在建模时加入风速和线路长度的不均匀性来将其空间环境差异考虑到参数计算中来。利用前面章节的电气参数计算结果进行电热耦合的潮流计算,将气候环境条件与牵引网参数进行耦合,使潮流计算的结果更加符合实际。


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