接触网电磁环境模型与分析研究

摘要

随着高速铁路在我国的大力发展，高速铁路接触网沿线尤其是人流量大的高速铁路站台区域电磁环境越来越引起人们的普遍关注，为评估高速铁路站台区域电场强度是否满足国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)规定的工频电场曝露限值，对站台上电场分布的研究显得十分必要。本文根据电磁场的计算原理以及输电线路电磁场有限元理论，基于有限元分析软件ANSYS建立导线周围电场计算的计算模型，对比分析了不同边界条件处理开域问题时对电位、电场分布的影响，并讨论研究了有限元网格的精细划分以及网格密度对数值计算精度的影响。最后，考虑建筑和列车的影响，分别计算了岛式站台、侧式站台区域电场。论文的主要工作与结论如下:
　　(1)针对接触网周围电场计算时存在的开域问题，分别施加ANSYS远场单元(INFIN110)和工人截断边界作为边界条件，将无界场化为有限的模型边界，通过计算并讨论不同边界下电位、电场的分布。得出远场单元（INFIN110）较人工截断边界作为边界条件时，具有更高的等效精度。
　　(2)针对大范围区域内存在小尺寸接触网导线情况的有限元网格划分，通过网格再划分、局部细化相结合的方法逐步增加网格密度。计算结果表明，计算精度没有随网格密度成比例提升。
　　(3)综合考虑建筑、停靠列车的影响，建立能够精准描述建筑、列车相对接触网导线所处位置的计算模型，分析研究了岛式站台、侧式站台公众活动区域电场分布情况。结果表明，站台实测数据与本文仿真计算的结果和变化趋势基本一致，验证了计算模型的可行性。
　　(4)依据站台区域电场分布规律，对站台上公众活动区域电磁环境做出了合理评估，并给出相应建议和防护措施。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题的研究意义

1．1．1 高速铁路的发展现状和优势

1．1．2 接触网电磁环境研究的意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 本文所做的工作

2．1 电磁场基本理论

2．1．1 麦克斯韦方程

2．1．2 一般形式的电磁场微分方程

2．1．3 电磁场中常见的边界条件

2．2 供电线路电场数值计算方法及比较

2．3 有限元法的基本思想

2．3．1 边值问题

2．3．2 变分公式

2．3．3 有限元法的基本步骤

2．4 有限元软件ANSYS简介

2．5 本章小结

3．1 AT供电方式

3．2 站台模型

3．3 接触网周围场强计算的数学模型

3．4 站台区域计算模型

3．5 本章小结

4 接触网引起电场有限元分析

4．1 计算模型网格划分研究

4．1．1 有限元网格划分要求

4．1．2 计算模型网格划分存在的问题

4．2 边界条件的选择

4．2．1 开域问题的求解方法

4．2．2 不同边界条件对电位、电场分布的影响

4．3 网格控制与精细剖分

4．3．1 有限元分析网格控制

4．3．2 网格精细划分与计算精度评估

4．4 本章小结

5 站台区域电场计算与实测分析

5．1 岛式站台

5．1．1 有限元模型与计算

5．1．2 岛式站台垂直方向电场分布

5．1．3 岛式站台水平方向电场分布

5．2 侧式站台

5．2．1 有限元模型与计算

5．2．2 侧式站台垂直方向电场分布

5．2．3 侧式站台水平方向电场分布

5．2．4 不同站台电场分布

5．3 站台区域电场实测

5．4 站台电磁环境评估

5．4．1 站台电磁环境安全性

5．4．2 站台电磁环境优化改善措施

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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