基于改进Habedank电弧模型的弓网离线过电压研究

摘要

目前，我国电气化铁路发展的两个趋势是重载和高速，牵引负荷的增加和列车速度的提升，致使接触导线与受电弓滑板在过电分相和过定位点等处时离线问题更加突出，弓网受流质量严重下降。为了确保牵引供电系统的安全和列车及电气设备的可靠工作，研究过电分相和过定位点等处时的弓网离线现象以及离线过程中电弧动态特性对牵引供电系统和高速列车的影响，具有重要意义。已有文献对弓网离线问题进行研究时，往往忽略电弧因素的影响或者直接采用已有黑盒电弧模型，极少涉及建立适合于弓网系统的电弧数学模型。
　　本文以弓网离线过程为研究对象，建立了简单有效且适合于弓网系统的电弧数学模型，然后结合所建立的弓网电弧模型进行离线过电压仿真研究。
　　弓网电弧数学模型的建立过程中，详细分析了弓网离线电弧产生机理及动态特性，结合已有黑盒电弧模型，依据现场实测最大离线距离与列车速度之间关系数据，对Habedank电弧模型中电弧电压梯度常数uC和耗散功率常数P(0)进行修正，引入列车速度v作为变量，建立了适用于弓网系统的电弧模型;并分析了模型参数k和β取值不同对弓网电弧模型动态特性的影响，初步验证了所建弓网电弧数学模型的正确性。
　　高速列车过分相过电压的仿真分析中，针对电分相结构和高速列车，建立了高速列车过分相时四个暂态过程的电路模型，并对模型参数进行理论计算;对高速列车过分相过程进行仿真分析，一方面仿真分析了高速列车进入和离开电分相时刻对四个暂态过程过电压的影响，并与理论分析进行对比;另一方面将建立的弓网电弧数学模型引入过分相暂态过程中进行仿真分析，并与现场实测波形进行对比验证，得出了考虑电弧模型因素后，过电压的仿真结果与实测波形更吻合;同时，仿真分析了电弧发生一次熄灭重燃时的列车过分相过电压情况。
　　一般弓网离线过电压仿真分析中，结合所建弓网电弧数学模型引入列车速度v作为变量这一特性，在中离线形式下对不同列车速度下受电弓弓头过电压进行仿真分析，仿真结果表明过电压峰值与列车速度成正比变化;并将小离线形式下的仿真结果与西南交通大学高压试验室的实测结果进行对比，验证了所做仿真分析和所建弓网电弧数学模型的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 电弧模型研究现状

1．2．2 列车过分相过电压研究现状

1．2．3 弓网离线过电压研究现状

1．3 论文的主要内容

第2章 弓网离线电弧产生机理及模型建立

2．1 高速铁路弓网接触受流特性

2．2 高速铁路弓网系统受流质量评价标准

2．3 交流电弧理论

2．3．1 电弧定义

2．3．2 弓网离线电弧形成机理

2．3．3 弓网离线电弧动态特性

2．4 电弧模型

2．4．1 电弧的黑盒模型

2．4．2 Cassie电弧模型

2．4．3 Mayr电弧模型

2．4．4 Habedank电弧模型

2．5 弓网电弧数学模型

2．5．1 电弧电压修正

2．5．2 电弧耗散功率修正

2．5．3 弓网电弧数学模型参数值确定

2．5．4 弓网电弧数学模型参数对其伏安特性影响

2．6 本章小结

第3章 高速列车过分相过电压仿真分析

3．1 电分相和自动过分相方式

3．1．1 电分相

3．1．2 常用自动过分相方式

3．2 过分相过电压产生机理分析

3．2．1 过分相过电压产生机理

3．2．2 过分相过程中的燃弧现象

3．3 过分相模型及参数计算

3．3．1 电分相简化电路模型

3．3．2 模型参数计算

3．4 高速列车过分相暂态过程仿真分析

3．4．1 暂态过程一仿真分析

3．4．2 暂态过程二仿真分析

3．4．3 暂态过程三仿真分析

3．4．4 暂态过程四仿真分析

3．5 本章小结

第4章 弓网离线过电压仿真分析

4．1 弓网离线现象产生原因及危害

4．1．1 弓网离线现象产生原因

4．1．2 弓网离线现象危害

4．2 弓网离线电路模型及参数计算

4．2．1 弓网离线简化电路模型

4．2．2 模型参数计算

4．3 弓网离线过电压仿真分析

4．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目