雷击高速铁路综合接地系统的冲击响应特性研究

摘要

雷击故障严重影响着我国高速铁路的安全运营。雷击高速铁路时，雷电流通过综合接地系统散流，会使钢轨、贯通地线上的电位升高，导致与之相连的铁路沿线通信、信号等弱电设备损坏，严重时会造成行车事故及人员伤亡。为减少雷击故障造成的危害，急需研究综合接地系统的雷电冲击响应特性。
　　我国高速铁路综合接地系统以贯通地线为主干，充分利用铁路沿线桥梁、隧道、接触网支柱基础等构筑物接地装置作为接地体，通过贯通地线将铁路沿线其他设施接地装置等电位连接在一起。综合接地系统结构复杂，且绵延几十公里，与电力系统的接地存在巨大差异。
　　本文在CDEGS仿真平台中搭建了路基地段、桥梁段以及隧道段综合接地系统，通过大量的仿真计算，研究了综合接地系统的冲击响应特性。首先，计算了路基地段综合接地系统的工频接地电阻以及冲击接地电阻。发现其冲击接地电阻比其工频接地电阻大，且其工频接地电阻、冲击接地电阻随土壤电阻率的增大而成正比例增大。分析了雷击点不同时，雷电流在综合接地系统中的散流路径。其次，研究了路基段贯通地线和接触网支柱基础的散流效果，发现贯通地线的散流效果比接触网支柱基础的散流效果好，且在距离雷击点左右各250m的范围内，有80％以上的雷电流通过接地极流入了大地。再次，分析了影响路基段综合接地系统冲击响应的因素，其中土壤电阻率、雷击点位置、雷电流幅值将会严重影响钢轨及贯通地线的冲击响应电位幅值及安全距离，贯通地线半径对冲击响应的影响可以忽略。最后，研究了桥梁段、隧道段综合接地系统的雷电冲击响应特性。桥梁段钢轨及贯通地线上的冲击响应电位幅值及安全距离都比路基段的高。隧道段综合接地系统中钢轨及贯通地线上的冲击响应电位幅值呈现振荡现象，安全距离无法计算。本文的研究结果可为高速铁路综合接地系统的设计、施工提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外现状分析

1．2．1 高速铁路综合接地系统现状

1．2．2 接地系统雷电冲击响应研究现状

1．3 本课题的研究内容

第2章 路基段高速铁路综合接地系统散流特性研究

2．1 路基地段综合接地系统仿真模型的搭建

2．2 路基地段综合接地系统的冲击接地电阻研究

2．2．1 综合接地系统接地电阻研究

2．2．2 土壤电阻率对接地电阻的影响规律研究

2．3 雷击路基地段综合接地系统的散流特性分析

2．3．1 无完全横向连接线的综合接地系统散流路径分析

2．3．2 有完全横向连接线的综合接地系统散流路径分析

2．3．3 贯通地线及接触网支柱基础的散流效果分析

2．4 本章小结

第3章 路基地段综合接地系统冲击响应特性研究

3．1 路基地段综合接地系统雷电冲击响应分析

3．1．1 钢轨及贯通地线的冲击响应电位研究

3．1．2 钢轨及贯通地线中的冲击电流研究

3．2 路基段综合接地系统雷电冲击响应的影响因素与规律研究

3．2．1 土壤电阻率对综合接地系统冲击响应的影晌规律研究

3．2．2 雷击点位置对综合接地系统冲击响应的影响规律研究

3．2．3 雷电流幅值对综合接地系统冲击响应的影响规律研究

3．2．4 贯通地线半径对综合接地系统冲击响应的影响规律研究

3．3 本章小结

第4章 桥隧段综合接地系统雷电冲击响应特性研究

4．1 桥梁段综合接地系统雷电冲击响应特性分析

4．1．1 桥梁段综合接地系统仿真模型的建立

4．1．2 桥梁段综合接地系统雷电冲击响应特性分析

4．2 隧道综合接地系统雷电冲击响应特性分析

4．2．1 隧道综合接地系统仿真模型的建立

4．2．2 隧道综合接地系统雷电冲击响应特性分析

4．3 本章小结

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

参与的科研项目