高速动车组雷电波侵入特性及传播规律研究

高速铁路接触网多架设在高架桥上,受雷击概率较高,动车组将会受到接触网雷击过电压的威胁,因此需探讨雷击接触网时沿接触线入侵至动车组高压系统的雷电过电压特性。通过建立牵引网-动车组整体仿真模型,研究雷击接触网时传播至动车组高压系统雷电波波形特征与车载变压器雷电过电压范围,探究雷击点位置对雷电波传播过程的影响。结果表明:雷击承力索/接触线时,动车组雷电侵入波波前时间在10～20μs,波尾时间在30～50μs;随着雷击点和动车组距离的增加,雷电波幅值逐渐降低,波前时间逐渐增加,波尾时间逐渐减小;车载变压器雷电过电压与避雷器保护水平的比值不大于1.34。雷击馈线时,接触线感应电压波尾时间小于标准雷电冲击波尾时间;车载变压器雷电过电压波形近似为平顶波,波前时间大于标准雷电冲击波前时间,波尾时间小于接触线感应电压波尾时间。     

雷电侵入波下牵引变压器绕组的谐振分析

牵引变压器作为高铁牵引变电所内的核心设备,其运行安全与绕组绝缘情况息息相关。根据多导体传输线理论,搭建牵引变压器绕组以线匝为单位的单输入多输出模型,在该模型下推导出绕组的传递函数表达式,用以分析雷电侵入波下,谐振对绕组绝缘的影响。首先分析传递函数幅频特性,研究绕组中的谐振情况并对谐振可能导致的绕组绝缘击穿点进行定位;然后分析电容参数变化对绕组谐振情况产生的影响;最后在时域内进行验证计算,其结果符合谐振分析结果,验证了本文方法的正确性与可行性。结果表明:雷电波侵入后,绕组第一饼4～8匝线圈绝缘更易因谐振发生击穿,应重点对其进行防护。     

电气化铁路接触网雷击过电压研究

在运用电气几何模型对接触网捕雷面进行分析的基础上,考虑地阻抗对导线参数及场线耦合的影响,利用修正的电报方程对雷击时接触网上的电压、电流分布进行求解。建立了绝缘子闪络模型,对雷击过电压下绝缘子闪络进行仿真,分析了支柱通过钢轨接地、支柱上架设避雷器等方式对接触网雷击过电压的影响。仿真结果表明,地阻抗会对接触网雷击过电压的幅值及波形产生一定的影响,应根据设备实际的绝缘配合水平来配置避雷器。     

高速铁路27.5kV电缆金属护层的雷击感应电压

在建立并验证高速铁路27.5kV电缆分布式参数等效模型的基础上,采用MATLAB软件仿真研究接触网避雷器经接地电阻接地、避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络2种工况下,雷电流波经接触网入侵电缆线芯导体时接地电阻和土壤电阻率对电缆金属护层雷击感应电压的影响,以及电缆长度、雷电流波陡度对电缆金属护层雷击感应电压的影响。结果表明:电缆金属护层的雷击感应电压最大值随避雷器接地电阻的增加而增加,呈线性关系,当接地电阻增加到10Ω时,入侵电缆线芯的雷电流最大值约为13kA,说明避雷器发挥的保护作用受限;避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络时,如果土壤电阻率大于800Ω·m,电缆金属护层的雷击感应电压最大值超出外护套冲击耐受电压,可能导致击穿外护套;长度为500m的电缆其金属护层的雷击感应电压最大值最小;电缆金属护层的雷击感应电压最大值随着雷电流波陡度的增大而增大,但增长率逐渐下降。     

地铁接触网避雷器保护范围的研究

结合深圳地铁运营实践,分析了接触网电压波的运动特性,并建立了接触网雷击的简化分析模型。通过理论分析发现,当雷电直接侵入接触网时,距雷击点最近的绝缘子会率先发生闪络击穿,避雷器仅能限制同一支柱绝缘子两端的电压,而不能对其他缘缘子形成有效保护。建议接触网防雷设计应因地制宜,架空地线宜兼作避雷线,采用不平衡绝缘策略,使用串联间隙避雷器。     

抗雷线圈在变电所馈线防雷中的作用研究

雷电波侵入是牵引变电所主要的雷害方式,牵引变电所馈线侧抗雷线圈与避雷器的组合方式不同,对馈线侧设备雷电过电压的影响不同。拟通过仿真分析,探明抗雷线圈安装方式及参数对变电所馈线侧雷电过电压的影响规律,明确抗雷线圈的防护效果,对设计提出建议。首先,通过电磁暂态仿真软件建立变电所馈线侧模型,分馈线侧架设抗雷线圈和不架设抗雷线圈两种情况进行研究;仿真得到雷电侵入变电所时,两种情况下变电所设备的过电压波形;通过比较分析过电压波形的差异,得到不同情况下抗雷线圈的防雷效果。     

雷电波侵入通信基站的仿真研究

雷电侵入波过电压是通信基站发生雷害事故的主要原因。采用ATP-EMTP仿真软件,建立了通信基站高压侧供电系统仿真模型。在线路波阻抗和变压器入口电容取不同值时,仿真计算得到了雷电侵入波过电压、过电流。由仿真结果可以看出,随着线路波阻抗和变压器入口电容的减小,基站雷电侵入波过电压、过电流随之增大。该结论对通信基站的防雷工程具有一定的现实意义。     

香港地区电气化铁路直流电力牵引系统电力电缆的雷电过电压分析

针对香港地区的电气化铁路直流电力牵引系统,采用电力系统仿真计算软件EMTP研究直流电力牵引系统中电力电缆上的雷电过电压.在分析直流电力牵引系统结构的基础上,分别构建接触网、支柱与其他竖直导体、绝缘子、避雷器和接地电极的电路仿真模型,搭建了1个完整的直流电力牵引系统EMTP仿真模型.在建模过程中考虑了土壤的非线性离子化特性和绝缘子的闪络特性.以香港地区某电气化铁路的牵引系统为例,计算不同雷击位置下电缆槽中电力电缆上的雷电过电压,分析发生绝缘闪络的风险和支柱接地电阻对电力电缆上雷电过电压的影响,建议降低支柱接地电阻以有效减小电力电缆上的雷电过电压.     

牵引供电系统雷电冲击模拟及其防护方法研究

牵引供电系统在遭受雷击后会出现幅值较高的暂态过电压,影响铁路交通系统的稳定运行.为了有效评估牵引供电系统雷电冲击下的暂态特性,提出一种接触网杆塔的T型暂态模型和牵引供电系统的雷电传播模拟方法,对某110/27.5 kV牵引变电站建立其低压侧支路在反击雷冲击下的暂态仿真模型,并分析各主要电气设备的暂态特性.结果表明,随着...     

接触网安装避雷器的防雷效果研究

研究目的:雷电过电压严重威胁电气化铁路牵引供电的可靠性,在接触网上装设避雷器是降低雷害的措施之一。但接触网避雷器的防雷效果还没有可供参考的理论分析。本文以我国接触网绝缘子的绝缘强度和雷电流的概率分布为基础,运用接触网雷击跳闸的概率模型计算比较接触网是否安装避雷器的雷击跳闸情况。研究结论:通过研究分析表明:由于电气化铁路接触网外绝缘水平较低,容易在雷电过电压下发生支柱绝缘子连续闪络是一个显著的特点,在分析接触网耐雷水平和各种防护措施的效果时忽略这一特点都会带来很大的误差。避雷器并不适合广阔区间的分散式的防雷方式,而是在雷击比较密集的地点采取密集的安装方式才能取得很好的防雷效果。     

牵引变电所防雷加强措施的研究

研究目的:随着电气化铁路的发展,雷电一直是危害牵引变电所安全可靠运行的重要因素之一。近年来,牵引变电所雷击事故时有发生,为加强牵引变电所的防雷水平,针对某220 kV牵引变电所发生的雷击事故进行研究,该事故使牵引变电所设备烧损严重,具有一定的典型性。本研究旨在通过对雷电流幅值、雷击点过电压、建弧率、短路电流等的计算,分析事故发生的原因和过程,提出防雷加强措施,避免此类事故再次发生。研究结论:(1)如果架空回流线架设过高,当雷击回流线时直击雷将通过电缆直接引入到变电所内,另外,供电线不设进线保护段,则可能烧毁避雷器;(2)供电线首端架设避雷线、加强接地及研究母线保护等措施,可以进一步提高牵引变电所的防雷水平;(3)该研究成果主要应用于牵引变电所的防雷方案优化和设计领域。     

电力机车牵引变压器副边绕组过电压计算

为了研究计算电力机车牵引变压器在暂态过电压作用下副边绕组的电压响应问题,从电力机车牵引变压器原、副边绕组的电压传递函数出发,分别计算了牵引变压器的谐振频率点和副边绕组在暂态过电压作用下的响应。首先测量出机车牵引变压器原、副边绕组的电压传递函数,并用矢量匹配法和Arnoldi算法对此电压传递函数进行有理函数逼近和降阶处理,然后计算电压传递函数的谐振频率点。运用电网络理论得到传递函数的高频无源电路模型,此模型是一个由无源元件R,L,C和理想变压器组成的二端口网络。最后通过对此二端口网络施加不同类型的暂态过电压,仿真计算了变压器副边绕组的电压响应。     

雷击接触网高速列车车体过电压分析

我国高速铁路大都架设在空旷的野外和高架桥上,没有避雷线的防护,并且高速铁路线路分布地域广,接触网遭受雷击的概率较大。接触网段遭受雷击时将会引起列车车体过电压,危害车内信号监测与控制设备的安全。基于某型动车组的车体接地方式,阐述了雷击接触网时车体过电压产生的机理及入侵途径:一是雷电流通过避雷器注入车体时引起车体电势瞬时抬升,二是接触网中的雷电流在车体-钢轨回路中产生感应电势。通过理论分析和软件仿真,得出在典型雷电波击中接触网时,车体瞬时电势幅值,并提出了降低车体过电压的措施。     

动车组操作过电压特性研究

车载主断路器的频繁动作使得高压电缆及车体上浪涌电压的出现也愈加频繁,一方面导致高压套管及车载设备绝缘老化加快;另一方面,车体上浪涌电压将威胁列车的运行安全以及乘客的人身安全。本文建立牵引变电所-接触网-列车电路仿真分析模型,研究操作过电压的产生机理,分析过电压幅值范围、持续时间、传播规律等特性。结果表明:高速动车组主断路器动作时,高压电缆上将产生过电压,当接触网网压相位为90°、270°时,电缆上过电压幅值最大,最大过电压幅值达到82.6kV,车体上浪涌电压可达2.1kV。本文结论为列车操作过电压抑制措施的研究提供了理论基础。     

电力机车励磁涌流仿真及其对公网影响的分析

利用数学公式分析电力机车励磁涌流大小,基于MATLAB/SIMULINK搭建电力机车牵引主变压器模型,分析得出合闸时间、剩磁、变压器容量和接触网电压幅值是影响励磁涌流大小的因素。建立车载主变压器、接触网和牵引变压器的仿真系统,选取电压波动作为评估励磁涌流对电力系统公共连接点影响的参数。分析电力机车发生励磁涌流时,不同牵引变压器接线形式下公共连接点电压波动的大小,并得出励磁涌流对公共连接点存在影响但不明显的结论。     

阻容过电压吸收装置在地铁供电系统的应用分析

真空断路器分断空载变压器时产生的操作过电压在地铁供电系统中多次出现,既有常规设计中的过电压防护方案已不能满足现场供电运营要求。本文对真空断路器分断时产生的过电压进行理论分析,得出该过电压的特征;简要论述避雷器及阻容过电压吸收装置的工作机理,研究了变压器35kV侧设置避雷器或阻容过电压吸收装置以抑制操作过电压的效果。仿真表明,避雷器无法有效抑制过电压陡度及频率;阻容过电压吸收装置可以改变振荡回路总电容,有效降低过电压的陡度和频率,抑制断路器的截流过电压和重燃过电压。为方便选型,给出了阻容过电压吸收装置主要元器件参数。     

雷击接触网高速动车组的车体过电压分析及抑制措施

我国高速铁路采用大跨度高架桥结构,接触网离地面较高,容易遭受雷击进而引发动车组故障,给列车安全运行带来隐患,因此有必要探究雷击接触网时高速动车组车体过电压及其抑制措施。本文基于接触网电气模型和高速动车组电路结构,利用Pspice建立雷击接触网时车体过电压仿真模型,定量分析车体接地电阻参数对过电压的影响,提出抑制过电压的措施。仿真结果表明:雷击接触网时,受电弓所在的车体过电压幅值可达43.45kV,距离受电弓越远车体过电压越低;接地电阻器的分布电感对各车体过电压影响较大,且与车体所在位置有关,对距离受电弓越近的车体,影响越大。将2~5车的接地方式改为直接接地方式或电阻器并联电容的方式均能有效抑制车体过电压,且当并联的电容值大于10μF时,二者对过电压幅值的抑制程度基本一致,并在电阻器并联电容的基础上,通过减少接地电缆长度能够进一步降低车体过电压,将各车体过电压抑制在2kV以内。本文研究结果为车体过电压的进一步分析提供了理论依据。     

变频调速交流牵引电机绝缘电老化机理的研究

在变频电机绝缘技术研究成果基础上，以动车组变频牵引电机为研究对象，建立电缆和定子绕组高频等效电路模型，研究电机端过电压以及匝间电压分布特性；研制一套基于高压方波脉冲的绝缘老化试验系统，进行牵引电机绕组的绝缘寿命实验，依据介质损耗、局部放电等参量的变化，分析绝缘材料的破坏机理。     

避雷器在牵引变电所的应用探讨

介绍避雷器在牵引供电系统中的工作原理和应用,对避雷器标称放电电流的选择提出建议,分析避雷器在牵引变电所的保护距离,并就牵引供电系统的绝缘配合进行探讨。     

牵引变电所过电压问题研究

研究目的:过电压是造成电网绝缘损坏的主要原因,也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素。如何防护过电压对变电所设备造成的影响非常重要。研究方法:本文首先对电气化铁道牵引变电所的过电压问题进行了总结和分类,并对各种过电压的防护进行了详细的分析说明;作为重点,结合算例对操作过电压的计算公式进行了详尽的推导和说明。研究结论:过电压问题是关系到电器设备安全的重要问题,牵引变电所的过电压问题同电力系统变电所的过电压问题基本相同,但是,由于牵引变压器接线方式、负荷特点、运行条件等与电力系统差别很大,在具体应用中应区别对待。