京沪高铁电弧灼伤钢轨和绝缘节问题的研究

摘要

京沪高速铁路沿线站场存在电弧灼烧钢轨及胶结绝缘节的问题，不仅使钢轨的寿命降低，而且会影响列车运行的安全性。现场测试了电弧灼烧较严重的沧州西站，对电弧烧损钢轨及绝缘节的机理进行研究，围绕绝缘节两端电位差和动车组泄放电流，探讨了单端回流条件下的两种抑制电弧强度的可行性方案;同时提出利用电抗器连通切断点，实现双向回流条件下抑制电弧的优化方案，最后对ZPW-2000A站内一体轨道电路在双向回流时能否保证断轨检查进行了论证。本文可以为京沪高速铁路其他站场的后续改造提供技术和理论支持，论文主要工作和成果如下:
　　(1)绝缘节两端电位差是引起和维持电弧燃烧的必要条件，当轮对与钢轨建立电流连接被切断时就可能出现电弧，切断的电流越大，维持电压越高，则电弧烧损绝缘节和钢轨的程度越强;研究发现:当动车动车组侧线股道发车经过绝缘节时，如果绝缘节电压U≤20V，不会出现明显电弧，可以有效的改善电弧灼烧钢轨及绝缘节。
　　(2)单端回流条件下，通过CRH380AL和CRH380BL过切断点对比分析，提出改造动车组的接地方式的建议，动车组的运行接地设计成全分散接地可以有效的改善电弧。提出把切断点设置在动车经过切断点时牵引电流较小的区域，即把切断点设置到接车进路侧时可以有效的减弱电弧的烧损程度。
　　(3)利用Simulink建立了沧州西站的站场仿真模型，仿真得到切断点处绝缘节两端电位差。同时利用该模型仿真计算了钢轨对地漏泄电阻对绝缘节电位差的影响，对地漏泄电阻越大，则绝缘节电位差越高，电弧强度相对就更高，高铁站内有较高的对地漏泄电阻，而既有线漏泄电阻相对较小，这也是高铁站内出现明显电弧烧损钢轨和绝缘节的主要原因。仿真通过电抗器连通切断点实现双向回流的方案，计算得到电抗器的电感值低于550μH时，绝缘节两端不会出现明显电弧。
　　(4)基于ZPW-2000A型站内一体化轨道电路的断轨检查需要，论证了双向回流方案的可行性。在按照最不利条件下，即不考虑外部迂回回路阻抗时，通过在切断点连通187μH的空心电抗器可以实现断轨检查;该电抗器的电感值小于550μH，可以有效的抑制电弧灼烧钢轨及绝缘节。双向回流方案不仅解决了轨道电路断轨检查，有效的抑制电弧，而且还使牵引电流多了一条冗余通道，减少了出现其他故障的可能性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 设置切断点引起的故障分析

1．2．1 切断点设置原因

1．2．2 损伤绝缘节和钢轨

1．2．3 人身伤害

1．2．4 损伤轨旁设备

1．2．5 雾闪造成绝缘节击穿

1．2．6 高压击穿动车组转向架转臂

1．3 国内外研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题的来源

1．4．2 论文主要研究内容

2 电弧灼烧钢轨的实验分析

2．1 现场实验的内容

2．1．1 扼流变压器连通的正线测试

2．1．2 切断点设置在发车进路侧的测试侧线

2．1．3 牵引变电所测试

2．1．4 切断点设置在接车进路侧的测试

2．2 电弧的影响因素分析

2．2．1 电弧形成机理

2．2．2 切断点对电弧影响

2．2．3 牵引档位对电弧的影响

2．2．4 变电所相对位置对电弧影响

2．2．5 绝缘节错位对电弧影响

2．2．6 绝缘节厚度对电弧影响

2．3 本章小结

3 单端回流条件下电弧抑制方案的研究

3．1 不同车型过切断点的研究

3．1．1 动车组地接技术

3．1．2 泄流与非泄流轮对

3．1．3 几种车型接地的介绍

3．1．4 CRH380AL过切断点过程分析

3．1．5 CRH380BL过切断点过程分析

3．1．6 建议的解决方案

3．2 切断点设在发、接车进路上的研究

3．2．1 回流切断点设置在发车进路

3．2．2 回流切断点设置在接车进路

3．2．3 可行的解决方案

3．3 本章小结

4 站内绝缘节电位差的仿真计算

4．1 站场牵引回流系统模型构建

4．1．1 牵引变电所建模

4．1．2 牵引网系统的建模

4．1．3 扼流变压器建模

4．1．4 动车组建模

4．1．5 站场模型

4．2 站内绝缘节电位差的仿真分析

4．3 钢轨漏泄电阻对绝缘节电位差的影响

4．4 电抗器连通切断点的仿真分析

4．5 本章小结

5 双向回流方案的研究

5．1 ZPW-2000A型轨道电路

5．1．1 ZPW-2000A型轨道电路的系统构成

5．1．2 钢轨的分布参数模型计算分析

5．1．3 基于carson的钢轨阻抗计算分析

5．2 双向回流条件下轨道电路外部迂回回路

5．2．1 连通切断点形成迂回回路分析

5．2．2 区间横向连接迂回回路的分析

5．3 按照最不利条件的双向回流方案研究

5．3．1 站内一体化轨道电路双向回流方案计算

5．3．2 断轨后对外环路区段干扰分析

5．4 基于现场环境条件下的双向回流研究

5．5 现场试验验证

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 工作展望

参考文献

附录

作者简历

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