弓网离线电弧的放电及发光特性研究

摘要

弓网关系是影响高速列车受流性能及其安全可靠性的关键技术之一，而随着列车运行速度的提升，弓网之间会发生频繁的离线。离线产生的电弧会严重影响列车的受流质量，制约列车速度的进一步提升;离线电弧还会烧蚀接触线和受电弓滑板，降低设备的使用寿命，严重威胁列车运行的安全性和可靠性。因此弓网离线电弧已成为弓网关系中的核心问题。本文利用实验、仿真和理论分析相结合的方法对弓网离线电弧的放电及发光特性进行了研究。
　　首先，本文研究了弓网离线电弧的放电特性。通过对电弧电压和电弧电流波形的分析，讨论了牵引电流和电极材料对弓网离线电弧电气特性的影响。通过对电弧电压和电弧电流的频谱分析，发现随着牵引电流的增大，电弧电压的总谐波畸变率是基本不变的，而电弧电流的总谐波畸变率是逐渐减小的;并且在不同半周发生离线时，电弧电压和电弧电流的总谐波畸变率也是不同的。在此基础上，通过对弓网离线电弧电压和电弧电流的分析，提出了一种基于小波分析的弓网离线电弧检测方法。
　　其次，本文对弓网离线电弧的发光特性进行了研究。利用拍摄的不同燃弧阶段的电弧图像，对弓网离线电弧的不同燃弧阶段进行了理论分析。通过对电弧光强和电弧电流的相关性分析可得两者具有很强的相关性，并对电弧光强和电弧电流进行了快速傅里叶变换，得到了电弧光强和电弧电流的谐波分布图，说明了弧柱的震荡是电弧电流产生高频震荡分量的原因。在此基础上，分析了牵引电流和电极材料对弓网离线电弧光强幅值的影响，并利用MATLAB数字图像处理技术对弓网离线电弧形态特性进行了初步的研究。
　　最后，本文基于能量平衡理论和吹弧理论，分析了高速气流对电弧耗散功率的影响，并基于此对Mayr电弧模型进行了优化改进，提出了一种适用于分析弓网离线电弧的数学模型，采用实验与仿真相结合的方法验证了提出的电弧模型的正确性。本文利用优化改进的Mayr电弧模型仿真研究发现，随着列车运行速度的提高，气流速度增大，电弧耗散功率增加，电弧的燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压均增大，电弧电流的幅值逐渐减小，电弧电流的“零休时间”是增长的，相应的电弧电流的畸变程度是增加的。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1．1 研究背景

1．2 弓网离线电弧研究现状

1．2．1 电弧特性研究现状

1．2．2 电弧模型研究现状

1．3 研究目的及意义

1．4 论文主要研究内容

2 高速弓网系统及离线电弧理论分析

2．1 高速弓网系统

2．1．1 高速接触网

2．1．2 高速受电弓

2．2 离线电弧的产生及其危害

2．3 离线电弧理论基础

2．3．1 电弧的组成部分和分类

2．3．2 交流电弧的伏安特性

2．4 本章小结

3 弓网离线电弧放电特性的实验研究

3．1 弓网离线电弧实验系统

3．1．1 弓网离线电弧实验装置

3．1．2 弓网离线电弧检测系统

3．2 弓网离线电弧电气特性的实验研究

3．2．1 牵引电流对弓网离线电弧电气特性的影响

3．2．2 电极材料对弓网离线电弧电气特性的影响

3．3 弓网离线电弧谐波特性的实验研究

3．3．1 弓网离线电弧电压和电弧电流的频谱分析

3．3．2 电弧电压和电弧电流总谐波畸变率影响因素的分析

3．4 小波分析在弓网离线电弧检测方面的应用

3．4．1 弓网离线电弧信号的小波阈值去噪

3．4．2 信号奇异性与Lipschitz指数

3．4．3 信号奇异性检测原理

3．4．4 基于小波分析电弧检测的仿真研究

3．5 本章小结

4 弓网离线电弧发光特性的实验研究

4．1 弓网离线电弧不同燃弧阶段的分析

4．2 弓网离线电弧光强特性的分析

4．2．1 电弧光强和电弧电流的相关性分析

4．2．2 牵引电流对电弧光强幅值的影响

4．2．3 电极材料对电弧光强特性的影响

4．3 弓网离线电弧形态特性分析

4．4 本章小结

5 基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

5．1 电弧模型的建立

5．1．1 Mayr电弧模型

5．1．2 Mayr电弧模型的优化改进

5．2 电弧模型的搭建

5．3 电弧模型的验证与仿真结果分析

5．3．1 电弧模型的验证

5．3．2 仿真结果分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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