高速动车组升降弓暂态过电压形成机理与抑制方法研究

摘要

高速动车组以其运行速度快、运载量大、能耗低、安全性能高等优势在中国得到迅猛发展。随着列车运行速度的不断提升，列车牵引功率及牵引电流逐渐增大，运行过程中过分相、升降弓、断路器操作等频率也越来越高，导致动车组过电压冲击频繁产生，可能造成列车高压设备绝缘击穿，导致列车停运等事故。此外，由于动车组车顶高压电缆布局复杂，跨越距离长，屏蔽层接地点与列车车体相连，当受电弓动作时，电缆线芯与屏蔽层的感应电压通过电缆屏蔽层接地点耦合到列车车体上，并传播到相邻车厢。一方面，车体浪涌电压可能引起电磁骚扰或使车载控制、通信系统逻辑混乱，甚至造成车载设备的绝缘击穿;另一方面，车体上浪涌电压易造成转向架轴承箱绝缘击穿，导致牵引电流流过轴承，引起轴承电腐蚀，严重威胁列车运行及乘客人身安全。　　基于“牵引变电所—接触网—高速动车组—钢轨”系统，考虑动车组高压设备布局及其接地情况，对高速动车组升降弓暂态过电压进行了研究。理论上分析了列车升降弓瞬间高压设备上暂态过电压及车体上浪涌电压的形成机理、幅值范围以及振荡周期等特性，解释了电缆末端折反射效应。列车升弓瞬间，受电弓与接触网静态接触，电缆寄生电容被充电，与牵引系统内部电源等效电阻电感产生振荡形成过电压。列车降弓瞬间，列车主电路内部储存的能量在电缆寄生电容、电压互感器励磁电感间形成振荡产生过电压，过电压幅值主要与列车主电路自振荡频率及接触网网压相位角有关。　　利用OrCAD/PSPICE电路仿真分析软件，建立了“车—网—所”分布参数下的升降弓过电压仿真模型，研究了车顶高压设备暂态过电压及车体上浪涌电压的幅值范围、振荡周期及持续时间等特性，分析了车顶高压电缆末端折反射情况。通过仿真分析可得:列车降弓瞬间受电弓弓头上过电压幅值约为升弓时的2.4倍;在升弓过程中，过电压在高压电缆末端形成折反射产生高频振荡，其末端过电压幅值约为初始端的两倍左右;升弓瞬间，车体上浪涌电压幅值可达数千伏，而降弓瞬间车体上浪涌电压幅值较小，仅为几百伏。最后，现场对高速动车组升降弓瞬间车体上浪涌电压进行了测试，通过对比仿真与试验数据，验证了仿真模型。　　研究了接触网网压相位、电压互感器励磁电感以及不同接地参数对动车组升降弓过电压的影响规律，提出了抑制车体浪涌电压的相关措施。建议动车组接地电阻器并联0.5μF电容器以降低车体上的浪涌电压。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 过电压研究现状

1．2．2 接地系统研究现状

1．2．3 研究现状综述

1．3 本文研究内容

第2章 动车组升降弓暂态过电压形成机理

2．1 高速铁路过电压类型

2．1．1 内部过电压

2．1．2 外部过电压

2．2 动车组高压系统结构分析

2．2．1 动车组高压系统

2．2．2 动车组接地系统

2．2．3 动车组过电压与绝缘配合

2．3 动车组升降弓暂态过电压形成机理

2．3．1 升弓暂态过电压形成机理

2．3．2 降弓暂态过电压形成机理

2．3．3 车顶高压电缆过电压形成机理

2．4 本章小结

第3章 动车组升降弓暂态过电压分析

3．1 动车组升降弓仿真模型建立

3．1．1 动车组高压器件电磁暂态等效模型

3．1．2 仿真分析模型

3．2 动车组升降弓暂态过电压分析

3．2．1 动车组升弓暂态过电压

3．2．2 动车组降弓暂态过电压

3．3 试验与仿真结果对比分析

3．4 本章小结

第4章 升降弓暂态过电压影响因素与抑制方法

4．1 电压互感器励磁电感对过电压的影响

4．2 网压相位对过电压的影响

4．3 接地电阻器对过电压的影响

4．4 并联电容对过电压的抑制作用

4．5 动车组过电压与绝缘配合

4．6 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