基于分形理论的高速铁路高架桥接触网系统雷击空间电场研究

雷击高速铁路高架桥接触网系统的空间电场研究是高速铁路防雷研究的基础。本文采用有限差分法和超松弛迭代法计算雷击高速铁路高架桥接触网系统的空间电场,结合雷电先导分形发展的统计特性和跃变判据确定出相应的模型参数,建立并验证了雷击高速铁路高架桥接触网系统的雷电先导分形模型。通过该模型的仿真,得到接触线和AF线有无工作电压、不同高架桥高度和不同雷电流幅值3种情况下的雷电跃变前一瞬间的空间电场。分析结果得出:接触线和AF线的工作电压、高架桥高度和雷电流幅值均会影响该空间电场的分布,雷电流幅值还会影响该空间电场的数量级大小。     

基于分形理论的高速铁路高架桥接触网系统雷击率分布研究

高速铁路高架桥接触网系统的雷击率分布可作为其防雷要点的重要参考依据.基于分形理论,考虑高架桥接触网系统引入的边界条件,以超松弛法进行差分迭代运算,建立接触网系统雷击分形模型,通过每次改变模型中的特定影响参数进行仿真,分析AF线及T线工作电压、高架桥高度、雷电流幅值和下行先导起始位置对雷击率的影响规律,结果表明:高架桥高...     

杭深高铁杭州供电段接触网防雷分析及其改进措施

我国客运专线以高架桥为主,接触网遭受雷击的概率较大。为了减轻雷电对接触网造成的危害,在分析国内外接触网防雷情况的基础上,引入了高速铁路电气几何模型(EGM)。通过对模型的分析计算以及与现有防雷措施的比较,同时结合杭深高铁杭州供电段的防雷现状,提出了杭深高铁杭州供电段接触网防雷的改进措施,得出了杭州供电段每百公里每年的雷击跳闸率,为杭州供电段制定相关防雷指标及改进方案提供了理论依据。     

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。     

高速铁路信号系统的雷电暂态模型研究

信号系统是高速铁路的控制中枢,也是容易遭受雷击的薄弱环节,为了实现信号系统防雷故障的定量分析,需要建立信号系统的雷击仿真模型。通过测试获得系统中设备的散射参数、进行导纳参数转换,采用矢量匹配法获得导纳函数的极点分布。利用电路综合理论建立系统的差模和共模雷电暂态仿真模型,并通过实验室暂态响应试验验证模型的有效性,仿真结果与试验结果误差在5%以内。基于该模型建立包括接触网在内的整个信号系统雷电暂态模型,分析雷击接触网时各信号设备的雷击过电压,并结合设备的绝缘耐受水平分析信号系统中雷电防护的薄弱环节,所获结果可以用于指导高铁信号系统的防雷设计和故障分析。     

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。     

高速铁路接触网防雷措施及建议

研究目的:目前我国高速铁路地理区域跨度大,而且无备用系统,因此雷击一旦形成永久性故障将造成供电区段的停运。根据规范只有强雷区接触网才架设独立的避雷线,但我国高速铁路接触网一般处于多雷区,接触网未设避雷线,易遭受雷击引起损坏。为保证我国高速铁路接触网运行的高可靠性,文章结合我国高速铁路供电方式,提出关于高速铁路接触网防雷措施的建议。通过理论计算和实际分析,对我国高速接触网防雷进行研究。研究结论:(1)鉴于我国已开通的高速铁路雷击事故较频繁,通过对接触网遭受雷击闪络次数的计算分析,高速铁路接触网采用AT供电方式时,保护线PW线采用柱顶方式安装,正馈线采用合成绝缘子;(2)高速铁路应做好避雷器和保护线的接地,保障避雷设施正常运行;(3)建议完善我国接触网系统的耐雷水平、跳闸率或故障率等具体的指标要求。     

一种计算高速铁路绕击闪络率的新方法

为了更准确地计算高速铁路雷电绕击闪络率,须考虑到雷电先导的随机性。针对暴露距离的电气几何模型在工程防雷计算中,没有考虑雷电先导带有入射角的缺陷,对应用暴露距离理念的电气几何模型进行改进,将暴露距离的概念延伸至带有任何入射角度的雷电先导中,推导出应用暴露距离计算带雷电入射角的雷电先导绕击高速铁路的受雷面积,再根据入射角的绕击范围和出现概率推导出整体考虑在与加强线和正馈线处于同一截面内改变的雷电入射角的闪络率计算公式。最后根据不同高架桥高度对高速铁路绕击闪络率进行计算分析。应用改进后的模型计算出来的高速铁路绕击闪络率,相比应用暴露弧投影方法计算出来的结果要小,既克服了暴露弧投影计算方法结果偏大的缺点,又相比传统暴露距离方法更接近实际,为高速铁路的防雷提供重要参考依据。     

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。     

高速铁路接触网与架空输电线路防雷规范差异对比分析

通过对比分析高速铁路接触网与架空输电线路防雷规范差异条款,并利用"经验法"计算高速铁路接触网地线和附加导线弛度、落雷次数、耦合系数、建弧率、绕击率、分流系数、耐雷水平、跳闸率等关键技术参数和指标,评估降低高速铁路雷击跳闸率相关措施的有效性.研究发现,全线架设架空地线的接触网绝缘水平及耐雷水平与66 kV架空输电线路相当...     

津滨轻轨架空接触网雷害防治研究

研究目的:城市轨道架空接触网雷电过电压危害日益突出,其供电系统架空接触网是无备用设备,雷击损坏设备时将直接影响运营安全。津滨轻轨工程是架空接触网遭受雷害最为严重的城市轨道交通工程之一,根据津滨线接触网的具体情况建立相应的数学模型,利用软件对接触网雷电闪络特性进行分析,改进津滨轻轨接触网既有防雷措施,提高其抗雷电灾害的能力,同时研制适用于城市轨道交通接触网的专用避雷器。研究结论:(1)城市轨道交通供电系统采取雷电过电压防护措施有效降低了雷击过电压条件下架空绝缘子击穿闪络破损概率,降低了变电所雷击跳闸概率,达到了牵引供电系统可靠性要求,满足了运营安全性的要求;(2)国内工程中对绝缘子没有防护措施,避雷器不能防止反击跳闸,因此造成了严重的事故损失;(3)由于架空接触网绝缘子耐雷水平过低,因此并联安装带间隙金属氧化物避雷器是防止绝缘子雷击损坏的有效措施;(4)接触网钢支柱应接地,接触网系统应架设架空地线,并应尽可能靠近带电导线,但不需特别抬高;(5)变电所应采取相应措施进行雷电过电压防护;(6)本文研究成果可以应用在城市轨道交通领域。     

构建电气化铁路接触网防灾安全技术体系

分析铁路沿线地震、雷电、大风、冰雪及隧道火灾等对接触网运行安全的影响,列举近几年灾害引起接触网故障的典型实例,从提高接触网支柱基础稳定性和耐久性、结构机械强度和稳定性、电气绝缘安全性等方面着手,提出接触网抗震、防雷、防风、融冰及隧道防火等成套防定技术以及进一步完善铁路防灾安全监控系统、研究接触网视频监控系统的建议,在此基础上构建高速铁路和普速铁路接触网防灾安全技术体系,为我国高速铁路或长大干线铁路接触网防灾设计提供参考.     

高速铁路雷击跳闸率的研究

介绍了牵引网电气几何模型,并利用暴露距离分别计算了牵引网系统中各导线遭受雷击的概率,并推导了相关计算公式,对加强线采取避雷器前后牵引网雷击跳闸率进行了计算,由于该模型充分考虑了牵引网实际几何参数,因此其计算结果对高速铁路的防雷保护有一定的参考价值。     

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。     

高速铁路牵引网的直击雷跳闸率计算

近年来高速铁路牵引网的雷击跳闸事故不断增多,严重威胁高速铁路的正常运行。高速铁路建于高架桥的比例较高,而没有专设避雷线,容易遭受雷击,因此直击雷跳闸率较高。本文基于经典电气几何模型分析牵引网的直击雷跳闸率,考虑雷击入射角与风速的影响对电气几何模型加以改进,并结合蒙特卡罗法模拟计算不同雷击入射角与不同风速范围下牵引网的直击雷跳闸次数。当所处环境的风速升高两倍,计算所得接触线及正馈线的绕击率均升高至少一倍。雷击入射角的不同会影响线路的暴露距离,当雷电入射角较小,在[0,π/4]范围内时,架空地线刚好被屏蔽,其绕击率为0。计算结果可为牵引网的防雷工程提供参考。     

地铁架空地线的雷电防护作用研究

研究目的:随着雷击故障日益突出,地铁工程中开始利用架空地线进行雷电防护。但地铁中为车辆供电的架空接触网架设在轨道上方、绝缘水平很低,与电力系统输电线路差别较大,有关设计规范中缺少相应的规定,导致目前国内地铁工程中对架空地线的防护作用缺乏系统研究。工程中已实施的方案存在较大差异,有必要进行系统的研究。本文采用电气几何模型法,研究得出架空地线安装位置与雷击闪络次数、避雷器放电电流的关系,提出了架空地线防雷接地解决措施,最后提出工程应用建议。研究结论:(1)地铁架空地线可降低接触网雷击闪络次数,且导线高度越高时效果越明显,地铁工程中利用架空地线进行雷电防护是有益的;(2)架空地线安装在导线上方和安装在支柱顶部时接触网总闪络次数差别不大,工程中推荐采用安装在支柱顶部方案;(3)架空地线对保护绝缘子用带串联间隙金属氧化物避雷器的动作冲击电流具有分流作用,架空地线安装在支柱顶部高度以绕击的次数低于0.1次/100 km·a(以40个雷暴日计)为指标进行校验取值,推荐安装位置为高出导线1 m;(4)当架空地线兼具防雷使用时,应做好架空地线的接地,并阻止正常运行时杂散电流就地泄放,建议接地引下线串接由气体放电管和金属氧化物电阻片构成的雷电冲击接地器;(5)本研究成果可应用在城市轨道交通领域。     

高速铁路高架桥区段接触网避雷线架设高度研究

为保证高铁安全运行,高速铁路接触网架设避雷线是一种简单有效的防雷措施.结合高速铁路接触网的结构特点,基于电气几何模型和滚球法对避雷线的屏蔽性能进行分析,推导高架桥区段单、复线铁路接触网避雷线的架设高度计算方法.研究结果表明:滚球法比电气几何模型法的计算结果更精确,过程更简捷.单线铁路的接触网避雷线高度明显高于复线铁路的避雷线架设高度.且随着高架桥高度的增高,避雷线的架设高度也随之增高,近似成线性增长.避雷线的高度还受到滚球半径的影响,滚球半径越大,避雷线架设的高度越低,设计避雷线高度需要采用合适的滚球半径.     

铁路客运专线接触网防雷研究

研究目的：我国客运专线建设速度加快，所经地区地理、气象、气候条件差别较大，情况复杂，如果接触网不设避雷线，易遭受雷击引起损坏。为保证接触网运行的高可靠性，在分析德国、日本接触网防雷措施的基础上，结合我国电气化铁道现状，提出广深线接触网系统防雷的改建建议。通过分析和理论计算，对客运专线接触网系统防雷进行研究。 研究结论：针对电气化铁道中部分线路遭受雷击较频繁的现状，对广深线接触网遭受雷击跳闸进行了统计分析，建议广深线全线架设架空地线，架空地线采用柱顶方式安装。在强雷区应设置避雷线，对客运专线应切实做好避雷器和避雷线的接地，保障避雷设施正常运行。     

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。     

雷击变电所地网暂态过电压规律性分析

研究目的:雷电一直是危害铁路安全可靠运行的重要因素之一,防雷效果的好坏对地网性能起着尤为重要的作用。本文利用电磁暂态分析软件搭建了地网暂态模型,意在对工程实践中典型地网布置方式进行定量分析,从而为今后防雷接地奠定重要理论基础。研究结论:(1)结果表明地网电位明显受土壤电阻率、雷电流幅值及网孔大小影响,随着土壤电阻率与雷电流幅值增加,雷击点处地网电位显著增加,但土壤火花放电地网电位并未与雷电流幅值成倍增加,且网孔越小,地网电位衰减越好,以雷电流20 kA土壤电阻率100Ω·m为例,网孔5 m×5 m地网电位与网孔10 m×10 m相比降低了22.3%;(2)研究发现距雷击点地中距离15 m处地网电位衰减基本达到最大,衰减约89%,且衰减程度与雷电流幅值无关;(3)研究成果主要应用于变电所防雷接地方案优化和设计领域。