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高速铁路牵引供电系统对信号电缆电磁影响若干问题的研究

常媛媛  
【摘要】:本文对高速铁路牵引供电系统对信号电缆的电磁影响问题进行了研究,得出了牵引供电系统对信号电缆影响的特点和规律,给出此种影响是否超出规定限值的结论及相应的防护措施。本文主要工作如下: 首先,文章分析了高速铁路对信号电缆电磁影响的新特点。指出,尽管高速铁路采用AT供电方式和综合接地系统有利于降低对信号电缆的电磁影响,但高速铁路大牵引回流、贯通地线和信号电缆近距离敷设,高架线路为主要线路型式及采用整体道床的特点会使信号电缆受到的电磁影响增大,从而,论证了本项研究工作的重要意义。 其次,根据牵引供电系统的特点建立高速铁路牵引供电系统多导体传输线模型。采用多导体传输线理论的分析方法,得到两导体传输线等效链路网络的集总参数模型,并将其推广到多导体传输线的情况;以“F”脚型集总参数模型为基础,运用节点电压法建立牵引供电系统多导体传输线方程;同时对牵引供电系统的串联元件和并联元件进行等效建模,在相关设备参数、节点连接关系上进行了大量调研,使所建立的模型更准确模拟高速的情况。 接下来,对牵引供电系统正常供电和故障条件下信号电缆所受电磁影响进行了分析和计算: 一是采用建立的模型计算了一个供电区段内贯通地线上电流和电压值,提出信号电缆受影响计算公式,计算了牵引供电系统正常运行条件下信号电缆芯线上的纵向感应电动势。 二是详细分析了贯通地线和信号电缆同槽敷设时贯通地线对信号电缆的电磁危险影响。提出分流理论并导出贯通地线电流在信号电缆芯线上产生纵向感应电动势的计算公式;依据贯通地线与信号电缆芯线之间的互感系数计算公式、信号电缆外皮和芯线之间的互阻抗计算公式,计算了2km信号电缆(信号电缆的一般长度)、15km(信号电缆的最大长度)信号电缆芯线上纵向感应电动势的值;同时进行了信号电缆芯线受电磁危险影响现场实验,计算值和实测值较为接近。 三是针对在工程应用方面人们较关心的信号电缆单、双端接地效果问题,对信号电缆单、双端接地进行了详细分析和对比计算,得出:从降低芯线感应电动势的角度,信号电缆采用双端接地的效果不如单端接地。同时,采用现场试验的结果验证了计算的结果。 然后,为了更全面地分析牵引供电系统其它参数对牵引供电系统电磁防护效果的影响,文章讨论了AT供电系统各参数的变化。包括机车位置、AT漏抗和间距、钢轨漏泄电阻,总结了对工程设计和施工有参考价值的结论。 最后,总结了高速铁路降低AT牵引供电系统对信号电缆电磁影响的技术措施。 文中主要的创新点是: 第一,在多导体传输线建模时首次依据高架线路节点连接关系将贯通地线纳入模型中并计算出贯通地线沿线的电位和电流变化情况,比较现场实测结果,两者较为接近。 第二,针对困扰相关设计单位及标准规范制订过程中的信号电缆的单、双端接地问题,对信号电缆单、双端接地效果进行了对比计算和分析。文章的理论分析结果结合现场实测数据进行了验证,所得结果能更有效地为相关工程管理、设计和施工部门提供参考。


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