弓网电弧传导噪声的研究

摘要

受电弓与接触网系统是电气化铁路中牵引供电系统的重要组成部分，列车通过受电弓滑板与接触网导线之间的滑动接触获取动力。在列车运行过程中，由于接触网导线不平顺、接触网的震动等多种因素的作用会使滑板与接触导线产生瞬时的分离，随着速度的提升，导致弓网系统的离线率迅速上升，从而产生离线电弧。弓网离线电弧会释放出巨大的能量，侵蚀接触导线与滑板，其过电压产生的高频谐波分量会对机车内的电气设备、精密测量仪表与继电保护装置产生干扰和影响，严重威胁电力机车和牵引供电系统的安全运行。因此研究弓网电弧的产生机理及其谐波特性对于弓网系统具有重要的理论意义。
　　本文利用弓网电弧模拟系统装置，模拟弓网电弧离线产生电弧。基于牵引供电系统的等效电路建立了MATLAB的仿真模型，设置起始时间来模拟离线电弧的产生，获得离线电弧电压及接触网电压波形。仿真结果发现，发生离线时，电弧电压发生瞬间畸变，产生的瞬时电压达到额定电压近2倍，接触网电压在过零点处产生一系列的振荡。加入电力机车模型后电弧电压及接触线产生的电压畸变更明显，振荡更剧烈。在车载变压器一次侧并联旁路电容后，对离线电弧的瞬时过电压具有明显的抑制作用。离线时间段越长，接触网系统越不稳定，离线电弧电压中含有大量不规则的间谐波和幅值较高的谐波分量，对电力机车与接触网系统造成严重危害，不利于电力机车的安全运行。采用db10小波变换的方法对仿真得出的离线电弧电压信号进行3层分解后，低频部分的波形非常接近正弦波，高频部分的谐波成分也得到有效地分离。
　　通过研究运行速度和接触电流对弓网电弧谐波特性的影响发现，电弧中存在丰富的奇次谐波和偶次谐波。离线电弧电压基波分量随运行速度和接触电流的增大而增加。运行速度提高，电弧电压的偶次谐波呈上升趋势，而对奇次谐波的影响较小。在不同接触电流下，电弧电压偶次谐波的含量比奇次谐波小的很多。电弧电压的2次、3次谐波含量很大，其他次谐波衰减很快。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外电磁噪声研究概况

1．3 弓网系统离线电弧的研究现状

1．3．1 弓网离线电弧产生的危害

1．3．2 高速列车的电磁环境

1．4 论文主要工作

2 弓网系统传导噪声及电弧理论概述

2．1 弓网系统传导噪声对电网的影响

2．2 弓网电弧传导噪声的影响

2．3 弓网离线电弧的理论概述

2．3．1 弓网离线电弧产生的机理

2．3．2 弓网离线电弧的特性

2．3．3 Mayer经典电弧的数学模型

3 弓网离线电弧模拟系统装置

3．1 弓网电弧传导噪声检测方案

3．2 高性能滑动电接触实验机

3．3 改进后的高性能滑动电接触实验机

3．3．1 滑板压力调节模块

3．3．2 转盘传动机构模块

3．4 弓网系统滑动电接触材料

3．4．1 接触网导线

3．4．2 受电弓滑板

4 弓网系统离线电弧的MATLAB仿真

4．1 牵引供电系统的等效模型计算

4．1．1 牵引变电所的等效阻抗

4．1．2 接触网的等效阻抗

4．1．3 电力机车等效阻抗

4．1．4 Mayer电弧模型仿真模块

4．1．5 弓网离线电弧的仿真

4．2 改进后的弓网离线电弧模型

4．2．1 电力机车模型的建立

4．2．2 改进后的离线电弧仿真

4．2．3 离线电弧的抑制方法研究

4．3 弓网离线过电压仿真与频谱分析

4．3．1 弓网离线过电压的仿真

4．3．2 基于傅里叶变换的离线电弧过电压的谐波分析

4．3．3 基于小波变换的离线电弧过电压的谐波分析

4．4 本章小结

5 弓网电弧谐波特性的影响因素

5．1 运行速度对弓网电弧电压谐波的影响

5．2 接触电流对弓网电弧电压谐波的影响

5．3 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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