基于车地轨耦合的车辆杂散电流控制技术研究

摘要

随着我国经济的发展，对铁路运输的要求越来越高，城市轨道交通作为国民经济的大动脉，是一个国家的基础设施水准和交通运输能力的重要标志。近些年来，由杂散电流造成的轴承电腐蚀问题给列车的安全运行带来隐患，而传统的杂散电流注重研究流入地下，对于研究流入列车的车辆杂散电流内容不够详细，且未从考虑列车结构系统、轨道系统以及地面回流系统的耦合角度来研究车辆杂散电流分布特性。因此，为实现轨道交通的环境友好、安全运行，研究基于车地轨耦合的的车辆杂散电流控制技术已经刻不容缓。　　本文为研究基于车地轨耦合的车辆杂散电流分布特性，先是介绍了城市轨道交通供电系统，然后分别介绍了车地轨耦合系统的列车结构系统、轨道系统以及地面回流系统，并对车辆杂散电流的来源进行了叙述。为进一步研究基于车地轨耦合的车辆杂散电流分布特性，建立了车地轨耦合下的系统仿真模型，并对仿真模型的各个模块的搭建以及参数选择进行了详细的介绍。　　同时基于建立的车地轨耦合下的系统仿真模型，研究列车结构系统、轨道系统以及地面回流系统对车辆杂散电流分布的影响，研究表明，列车采用直接接地方式时，流入的车辆杂散电流较大，且呈现出流入列车头尾车的车辆杂散电流较大、流入列车中间车的车辆杂散电流较小的分布特点。列车轴承绝缘系统的破坏会增加流入列车的轴承的电流；轨道系统中钢轨纵向电阻的异常会增加流入列车的车辆杂散电流水平；地面回流系统的过渡电阻参数的异常也会增加流入列车的车辆杂散电流水平。从优化列车接地方式角度出发，提出两种保护接地方式来抑制流入列车的车辆杂散电流，一种为串联电阻接地，另一种是基于不对称电阻新型接地。并通过仿真验证了两种保护接地方式对车辆杂散电流的抑制效果。仿真结果表明，两种保护接地方式均抑制流入列车的车辆杂散电流水平，但基于不对称电阻新型保护接地方式抑制效果要比串联电阻接地好。　　最后对串联电阻以及直接接地两种保护接地方式下的列车杂散电流进行了现场测试，进一步验证车辆杂散电流分布规律，得出的结论与仿真结果一致，进一步验证了仿真模型搭建的合理性。

目录

声明

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

1.3本文主要研究内容

第2章 车地轨耦合系统介绍

2.1城市轨道交通供电系统

2.2 列车结构系统介绍

2.2.1列车保护接地方式

2.2.2轴承系统

2.3 地面回流系统与轨道系统介绍

2.4 车辆杂散电流的来源

2.5本章小节

第三章 车地轨耦合下的系统仿真模型

3.1 MATLAB软件简介

3.2 外部电源建模

3.3 牵引变电所建模

3.3.1整流变压器建模

3.3.2脉波整流机组建模

3.4地铁直流母线建模

3.5 牵引网建模

3.5.1 接触网建模

3.5.2 钢轨及回流线建模

3.6 列车建模

3.7 本章小结

第4章 基于车地轨耦合的车辆杂散电流分布特性及其控制技术

4.1 列车结构系统对车辆杂散电流分布的影响

4.1.1列车保护接地方式对车辆杂散电流分布的影响

4.1.2列车轴承绝缘系统对杂散电流分布的影响

4.2轨道系统对杂散电流分布的影响

4.3地面回流系统对杂散电流分布特性的影响

4.4基于优化接地方式的车辆杂散电流控制方案

4.4.1 方案概述

4.2.2 仿真分析

4.5 本章小结

第5 章车辆杂散电流分布规律实际测试验证

5.1测试目的以及测试内容

5.2 测试设备以及测试原理

5.3测试结果与分析

5.3.1直接接地结果与分析

5.3.2串联电阻接地方式分析

5.4 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的论文及科研成果