高速铁路牵引供电系统单芯电缆接地保护方式研究

摘要

随着经济和铁路行业的快速发展，单芯馈线电缆在铁路中的使用越来越广泛，也带来了一些问题。高速铁路馈线电缆连接着铁路中的牵引变电所与牵引网，对铁路电能的稳定传输有着非常重要的责任。如果馈线电缆出现问题将导致整个牵引供电臂失去电能，所以电缆在铁路牵引供电系统中的地位非常之重要。本文首先分析了国内外对于铁路馈线电缆的研究现状，再针对国内外研究较少的电缆敷设方式和雷击过电压进行重点研究。
　　本文结合铁路系统和电缆的实际情况，基于PSCAD/EMTDC电磁仿真软件，建立了电缆和AT供电方式下牵引供电系统的模型。分析了电缆线芯电压、线芯电流、长度、接地方式及接地电阻对电缆护层感应电压的影响规律。研究结果表明:护层感应电压随着线芯电流、线芯电压及电缆长度的增加呈线性增长，线芯电压对护层感应电压的影响较小。
　　为了分析适合于铁路电缆的敷设方式和敷设间距，本文以降低电缆的护层感应电压和降低电缆敷设工程造价为出发点进行仿真分析。研究结果表明:T线与F线共同敷设比分开敷设更有利于降低电缆的护层感应电压和敷设工程造价;在T线与F线共同敷设时，采用TFTF交叉平行敷设、TFTFT交叉平行敷设和TFTFTF交叉平行敷设等方式，又比工程中常用的TTFF平行敷设、TTTFF平行敷设和TTTFFF平行敷设方式更有利于降低护层感应电压和敷设工程造价。在共同敷设2根电缆的情况下，当线芯电流的相位差为00～1100时，两电缆间的护层感应电压为相互增强;而当电流相位差为1200～1800时，两电缆间的护层感应电压为相互减弱。
　　本文最后研究了雷电流幅值、雷击点位置、避雷器、电缆护层保护器、电缆并联根数对电缆雷电过电压的影响规律。研究结果表明:当雷击与电缆相连100m内线路时，会在电缆线芯与护层上产生足以破坏电缆绝缘的雷电冲击过电压，此时需要加装避雷器与电缆护层保护器将电缆线芯和电缆护层的雷电过电压限制在其残压内，同时可以增加电缆并联根数来降低线芯电流与护层电压，以便于提高电缆的绝缘水平和供电可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题研究内容

第2章 工频时绝缘配合方案研究

2．1 仿真模型建立

2．1．1 电缆模型

2．1．2 牵引变压器模型

2．1．3 自耦变压器模型

2．1．4 牵引悬挂系统模型

2．1．5 电力机车模型

2．2 电缆线芯电压对护层感应电压的影响

2．3 电缆线芯电流对护层感应电压的影响

2．4 电缆接地方式和长度对护层感应电压的影响

2．4．1 单端接地方式下护层电压与接地电流分析

2．4．2 中间直接接地方式护层电压与接地电流分析

2．4．3 交叉互联接地方式感应电压与接地电流分析

2．4．4 电缆接地方式适用距离总结

2．5 电缆接地电阻对护层感应电压的影响

2．6 小结

第3章 电缆的敷设方式和敷设间距

3．1 电缆的敷设方式介绍

3．2 电缆的敷设方式和敷设间距对电缆护层感应电压的影响

3．2．1 单根T线和单根F线时

3．2．2 2根T线时

3．2．3 3根T线时

3．2．4 2根T线和2根F线时

3．2．5 3根T线和2根F线时

3．2．6 3根T线和3根F线时

3．3 T线与F线电流相位差对电缆护层感应电压的影响

3．4 小结

第4章 电缆雷电过电压及防护措施研究

4．1 电缆雷电过电压仿真模型

4．1．1 雷电流模型

4．1．2 避雷器模型

4．1．3 电缆护层保护器模型

4．1．4 绝缘子闪络模型与线路及支柱模型

4．2 雷击导线电缆雷电过电压及保护特性分析

4．2．1 雷击导线时雷电流幅值对电缆雷电过电压的影响规律

4．2．2 雷击导线时的避雷器保护特性研究

4．2．3 雷击导线时的电缆护层保护器保护特性研究

4．3 雷击支柱顶时的电缆雷电过电压及保护特性分析

4．3．1 雷击支柱顶时雷电流幅值对电缆雷电过电压的影响规律

4．3．2 雷击支柱顶时的避雷器器保护特性研究

4．3．3 雷击支柱顶时的电缆护层保护器保护特性研究

4．4 多根电缆并联与单根电缆雷电过电压对比分析

4．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果