高速动车组弓网系统电磁骚扰特性研究

摘要

目前中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高以及在建规模最大的国家，这意味着中国已经进入全面的高铁新时代。在这个大背景下，高速电气化铁路的电磁兼容性问题值得我们关注。本文针对高速动车组弓网系统的电磁骚扰现象进行研究。论文研究内容如下:
　　第一，论文对我国高速铁路的发展作了简明阐述，介绍了电气化铁道和高速动车组情况，在此基础上进一步阐述了高速动车组的电磁环境，尤其是对弓网系统的电磁骚扰进行了分析讨论。
　　第二，论文详细分析了弓网离线产生的原因及其特点和危害，并对气体放电基本过程和基本形式进行理论分析，进一步阐述弓网电弧现象。通过理论分析和电气参数计算，利用ATP-EMTP(AlternativeTransientsProgram-ElectromagneticTransientProgram，交流电磁暂态软件)建立了弓网离线模型，对离线过电压进行了仿真，得到不同时刻不同离线时长的过电压波形和接触网电压波形。利用MATLAB/Simulink软件，建立弓网离线Mayr电弧模型，经过仿真得到了弓网离线电弧的电压特性。
　　第三，论文详细介绍机车过电分相的几种方式，着重讨论高速动车组自动过分相的过程，并对动车组过电分相的电气过程进行理论分析和电气参数计算。论文利用ATP-EMTP软件，搭建动车组自动过分相的等效模型，经过仿真得到了这一过程中机车主断路器两侧的电压变化波形，以及列车馈电端的骚扰电压和骚扰电流。同时，经过大量仿真得到了不同相位角情况下的骚扰电压幅值。经过和相关实测波形的对比，验证了仿真模型的正确性。
　　第四，论文利用FEKO(FEldberechnungbeiK(a)rpernmitbeliebigerOberfl(a)che，可计算任意形状物体的电磁场)仿真软件，针对弓网电弧的电磁辐射情况，搭建模型并展开研究。仿真实验得到了弓网电弧产生的电磁波在空间的分布情况，论文主要关注铁路两侧的电磁波衰减特性和动车组顶部的电磁波衰减特性，以及大型中空铝合金车体的屏蔽效应。另外还对多线路情况下弓网电弧的辐射情况进行了仿真研究，主要关注多条接触网的存在对电磁波横向传播的影响情况。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的选题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

2 高速动车组弓网系统电磁环境概述

2．1 电气化铁道简介

2．1．1 电气化铁路牵引供电系统

2．1．2 高速动车组

2．2 高速动车组电磁环境介绍

2．2．1 高速动车组电磁环境

2．2．2 弓网系统电磁骚扰源分析

3 高速动车组弓网离线时电磁骚扰分析及仿真

3．1 弓网离线的基本特征

3．1．1 弓网离线的产生

3．1．2 弓网离线的特点及危害

3．2 受电弓离线时火花放电现象

3．2．1 气体放电基本过程

3．2．2 气体放电基本形式

3．2．3 弓网离线电弧现象

3．3 弓网离线仿真分析

3．3．1 等效电路模型

3．3．2 电气参数计算

3．3．3 弓网离线过电压的仿真分析

3．3．4 弓网离线电弧仿真分析

3．4 小结

4 高速动车组自动通过分相时过电压分析及仿真

4．1 列车通过分相的主要方式

4．1．1 手动通过电分相

4．1．2 自动通过电分相

4．2 动车组通过电分相时过电压分析

4．2．1 动车组过分相过程

4．2．2 电气过程分析

4．2．3 电气参数计算

4．3 动车组通过电分相时的电路建模及分析

4．3．1 过电分相仿真

4．3．2 仿真结果及分析

4．4 小结

5 高速动车组弓网电弧电磁骚扰数值建模仿真

5．1 FEKO及其数值计算方法介绍

5．2 弓网系统主要参数介绍

5．3 电波在高铁环境下的传播

5．4 弓网电弧电磁辐射仿真分析

5．4．1 模型的建立

5．4．2 不同频率下的仿真

5．4．3 多线路情况下的仿真

5．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果