高铁综合接地系统多源信号响应特性及接地效果研究

摘要

综合接地系统是高速铁路特有接地系统，是高铁安全运营的重要保障。综合接地系统既为各种强电和弱电设备提供等电位接地平台，也为机车牵引电流提供工作回流路径，同时还要为故障短路电流及雷击电流提供保护泄流通道。综合接地系统中流过的上述信号在幅值及频率等方面均存在较大差异，作为公共连接点，综合接地系统对不同类型的信号所呈现出的接地阻抗、耗散规律、分布特性等都有所区别，研究综合接地系统中不同信号的传播散流特性及系统的响应特性差异，有助于针对不同情况建立更为精确的综合接地系统仿真模型，为分析接地系统在不同信号作用下的电位分布提供理论支撑，进而为供电和信号设备的安全分析提供依据。
　　本文首先针对机车牵引回流在综合接地系统中的传播特点，建立了综合接地贯通地线分布式参数模型，采用谐波含有率等效阻抗计算方法，反映牵引回流高次谐波在贯通地线上的肌肤效应现象。研究发现，牵引变电所接地网远端回流时，电流沿贯通地线呈显著的衰减趋势，衰减长度约100m，同时，随着土壤电阻率减小、贯通地线半径及埋设深度和长度增加，系统等效电阻减少；接地网近端回流时，接地网是牵引电流主要传播途径，系统等效电阻很稳定。此外，分析了牵引短路电流侵入综合接地系统时的情况，接地网远端短路时地线有效泄流长度约120m，近端短路时短路电流大部分侵入接地网，系统等效电阻很稳定。
　　接着，建立了综合接地贯通地线雷击特性模型。针对雷电流幅值高的特点，分析了火花放电对贯通地线响应特性的影响，获得了贯通地线火花放电区域范围及有效散流长度。同时分析了雷电流幅值、波头、土壤电阻率及贯通地线长度对贯通地线频域阻抗的影响，发现贯通地线低频等效阻抗稳定，高频等效阻抗受各因素变化影响较大。另外，利用CDEGS软件构建了综合接地系统的三维空间结构仿真模型，分析了接触网支柱顶端遭受雷击时，贯通地线、PW线及支柱基础等主要泄流部分的冲击特性及散流规律。
　　最后，建立了―分流系数及―贯通地线等效电阻两个评价指标。考虑PW线对分流系数的影响及―钢轨-贯通地线互感对贯通地线等效电阻的影响，推导了两个指标的数学表达式，利用实测数据进行了验证。结果表明，本文推导的指标可以准确评价路基段综合接地系统的接地效果，同时减小了―桥隧段综合接地系统的评价误差。

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第一章 绪论

1.1 课题提出的背景

1.2 课题研究的意义

1.3 综合接地系统研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 路基段综合接地系统牵引回流响应特性分析

2.1 引言

2.2 机车牵引回流特点分析与建模

2.3 牵引回流激励时综合接地系统仿真模型

2.4 综合接地系统牵引回流响应特性仿真分析

2.5 本章小结

第三章 路基段综合接地系统牵引短路电流响应特性分析

3.1 引言

3.2 牵引短路电流模型

3.3 牵引短路电流激励时综合接地系统仿真模型

3.4 综合接地系统牵引短路电流响应特性仿真分析

3.5 本章小结

第四章 路基段综合接地系统雷击响应特性分析

4.1 引言

4.2 常见雷电流模型及其仿真

4.3 综合接地贯通地线雷击响应特性分析

4.4 基于CDEGS软件的综合接地系统雷击响应特性分析

4.5 本章小结

第五章 路基段综合接地系统接地效果评价与验证

5.1 综合接地系统效果评价指标

5.2 计及PW线影响时分流系数的计算

5.3 计及互感影响时贯通地线阻抗的计算

5.4 算例验证

5.5 本章小结

第六章 总结

6.1 主要工作回顾

6.2 本课题今后需进一步研究的方向

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢