高速铁路对平行电缆电磁干扰特性研究

摘要

随着高速铁路运营速度的提高，列车负荷不断增大且高速运行时持续取流，高速铁路牵引供电系统对沿线平行敷设的电力电缆产生的电磁干扰愈发明显。为了研究高速铁路牵引供电系统对平行电缆的电磁干扰机理，分析处于不同区段时的影响因素和规律，找到降低平行电缆电磁干扰的防护措施。本文将与高速铁路平行的电力电缆作为研究对象，从电磁耦合理论、不同区段电磁干扰因素及特性、工程防护措施等方面展开研究，具体工作总结如下：　　首先，对电磁耦合理论在电力系统和牵引供电系统的研究现状进行总结，阐述了本课题的研究背景与意义，并介绍了高速铁路牵引供电系统的结构和特点。　　接着，分析高速铁路牵引供电系统与平行电缆之间的电磁耦合机理，包括容性耦合、感性耦合和阻性耦合。在钢轨电流分配规律和点电极附近大地电位的理论基础上，推导出考虑钢轨泄漏电流和负馈线屏蔽作用时的平行电缆感应电压计算公式，以及高速铁路牵引供电系统沿线地电位的计算公式。结果表明：平行电缆电磁干扰与牵引负荷、平行电缆与高速铁路空间位置、平行电缆参数和土壤结构参数有关。　　然后，运用CDEGS软件建立处于不同区段的高速铁路牵引供电系统对其平行电缆的电磁耦合模型，并从电流分配和电磁耦合两方面进行模型有效性验证。从牵引负荷、平行电缆参数、土壤结构参数、短路故障、高架桥及隧道结构等方面研究高速铁路牵引供电系统对平行电缆电磁干扰因素及特性。结果表明：以上因素均会影响平行电缆受到的电磁干扰程度，在工程设计、运营中应考虑其影响。高速铁路高架桥区段和隧道区段对电磁干扰的屏蔽作用优于路基区段。　　最后，分析平行电缆处于不同接地方式下的感应电压，包括：两端接地、一端接地、中点接地和交叉互联接地，给出平行电缆处于不同长度时应采取的接地措施。研究高速铁路与普速铁路之间的距离，提出在设计、施工和运营中的工程防护措施。结果表明：随着平行电缆长度的增加，应采取的接地方式依次为两端接地、一端接地、中点接地和交叉互联接地。且工程设计时，应根据不同的电缆长度设置高速铁路与普速铁路之间的防护距离。

目录

声明

第1章绪论

1.1 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章高速铁路对平行电缆电磁耦合理论研究

2.1 AT牵引供电系统

2.2 容性耦合

2.2.1 静电电容法

2.2.2 镜像法

2.3 阻性耦合

2.3.1 点电极大地电位

2.3.2 铁路沿线大地电位

2.4 感性耦合

2.4.1 感应电压和互感系数计算

2.4.2 考虑钢轨泄漏电流时感应电压计算

2.4.3 屏蔽系数简化法

2.5 本章小结

第3章高速铁路对平行电缆电磁干扰仿真研究

3.1 仿真模型建立

3.1.1 牵引供电系统建模

3.1.2 电力电缆建模

3.2 仿真模型有效性验证

3.2.1 AT 牵引供电系统的有效性验证

3.2.2 牵引供电系统与电缆的耦合关系有效性验证

3.2.3 误差分析

3.3 单芯电缆感应电影响因素分析

3.3.1 并行长度

3.3.2 负荷电流

3.3.3 土壤电阻率

3.3.4 列车位置

3.3.5 短路电流

3.4 三芯电缆感应电影响因素分析

3.4.1 接近距离

3.4.2 并行长度

3.4.3 土壤电阻率

3.4.4 负荷电流

3.4.5 短路电流

3.5 本章小结

第4章特殊区段高速铁路对平行电缆电磁干扰分析

4.1 高架桥区段

4.1.1 高架桥区段耦合理论

4.1.2 高架桥区段仿真模型

4.1.3 高架桥区段电缆感应电压影响因素

4.2 隧道区段

4.2.1 隧道区段耦合理论

4.2.2 隧道区段仿真模型

4.2.3 隧道区段电缆感应电压影响因素

4.3 本章小结

第5章工程防护措施

5.1 接地方式对比与选择

5.1.1 高速铁路单芯电缆接地方式

5.1.2 邻近普速铁路三芯电缆接地方式

5.2 高速铁路与普速铁路防护距离

5.3 其他防护措施

5.4 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果