CRH2型高速动车组雷击短路车体过电压研究

雷击造成的高速列车车体过电压会使高速列车上的通信、监测、控制等弱电设备受到较大的电磁干扰,容易造成设备的逻辑混乱或者误动作。为研究高速列车雷击短路车体过电压,根据实际情况建立了雷电流流过动车组的等效电路模型,分析了改变车体接地电阻和接地电阻器并联电容时,雷击车体过电压波形和幅值的变化情况。研究结果表明:列车接地系统的接地电阻值较大是产生车体过电压的根本原因,通过减小接地系统阻抗或在接地电阻器并联电容,可有效减小车体过电压的幅值,在接地电阻器上并联电容后,车体过电压波形的波头时间增大,波形上升速率变缓,可以有效抑制过电压对动车组的冲击。     

高速动车组车体接地方式研究

高速动车组车体接地系统采用车体直接接地方式时,会使车体环流过大,导致严重的轴承电蚀,具有极大的行车安全隐患。根据动车组实际电气接线原理,运用Matlab/Simulink仿真分析,解析车体环流在车体直接接地方式下和在不同阻值电阻接地方式下的幅值特性。分析结果表明,电阻接地方式能够有效抑制车体回流。     

高速铁路弓网离线过电压对车体电位的影响

基于现场采集的阻抗参数，建立高速铁路“网-车-轨”牵引供电系统等效电路模型，进而建立包含弓网电弧仿真模型的“网-车-轨”三位一体的牵引供电系统有限元模型，并通过与实测升弓过电压进行对比，验证有限元模型的可靠性；将由等效电路模型计算得到的电压激励加载在有限元模型上，调整列车运行速度和弓网离线时间，分析其对弓网电弧发展的影响，研究弓网中离线和大离线工况下的过电压特性和不同接地方式下的车体电位和磁场分布。结果表明：当列车运行速度较大且弓网离线时间大于200 ms时，易发生弓网完全离线，并产生较高车体过电压；车速为300 km·h^-1时，弓网离线导致的车体过电压达6.45 kV；车底主要区域对地电位高于2 kV，磁感应强度峰值为3.8 mT；通过增加3车保护接地数量，提高车体过电压的泄放能力，使车顶-轴端过电压降至5.47 kV，最大磁感应强度降至2.6 mT，车底区域磁场分布更加均匀，有效地抑制了车体过电压，改善了车载设备的电磁工作环境。     

基于ATP-EMTP的牵引网回路对动车组车体接地回路电气耦合作用研究

在高速铁路的运行安全中,车体电压和接地环流是很重要的影响因素。动车组在运行过程中,牵引网回路与车体-接地线-钢轨形成的回路之间存在电气耦合。本文对该电气耦合作用进行研究,推导供电方式下牵引网回路对车体接地回路的电气耦合系数;以CRH380BL型动车组为例,在ATP-EMTP平台上建立车-网耦合模型,建模中用受控源模拟牵引网回路对车体接地回路的电气耦合,并计算各部分模型参数。分别对考虑和不考虑电气耦合的情况开展动车组降弓工况、升弓工况和带载过分相工况的建模仿真,与实测波形进行对比,验证了模型的准确性。通过比较车体电压和接地电流仿真结果,发现该电气耦合作用对车体过电压和接地环流均有一定影响。     

基于AT供电方式下380B型高速动车组保护接地电流分布研究

目前中国高速动车组的接地方式为分散式,该接地方式形成的回路电流对动车的安全运行构成潜在威胁。在Simulink平台上搭建了AT供电模式下380B型动车组的车-网模型,并结合实验测取动车组保护电流的实际数据分析其变化规律。研究发现:吸上线使得保护电流的大小及相位呈周期约为20 s的循环变化, 1、8车的1轴经过吸上线时保护电流幅值最大为170 A。整车回流的流向与列车位于吸上线区间位置有关,整体规律为从远离吸上线的保护接地流进车体,并从靠近吸上线侧的1或8车1轴流出。另外,在原有模型的1、8车加上0.1Ω的接地电阻,各个保护电流的大小能够得到有效抑制。以上结论为设计更优良的接地方案提供了理论基础。     

基于车-网同步测试的牵引变电所馈线保护误动分析

大功率高速动车组密集开行,与牵引供电系统之间引起的车-网耦合匹配问题愈发凸显。牵引供电系统作为高速铁路的唯一动力来源,车-网耦合系统的匹配性直接关系运行安全和质量。采用车-网同步测试方法,研究动车组牵引负荷特性变化规律,分析牵引负荷对牵引变电所馈线出口处等效测量阻抗的影响,探究牵引变电所馈线保护阻抗Ⅰ段误动的原因,为车-网耦合系统优化设计提供重要参考。     

接地电阻器对升降弓车体浪涌过电压的影响

高速动车组在升弓过程中过电压通过车顶高压电缆耦合到车体,引起车体暂态过电压,严重威胁车载电气设备的安全运行。为了分析在升弓过程中接地电阻器对车体浪涌过电压的影响,基于某型动车组构建了高速动车组升弓等效电路模型,仿真分析了车体过电压的分布特性,定量分析了接地电阻器中电阻和电感对升弓过程车体浪涌过电压的影响,为进一步研究车体浪涌过电压提供了理论基础。     

牵引变电所地回流影响因素仿真分析

研究目的:电气化铁路牵引网是一个单相含地不平衡网络,正常运行时就存在地中电流。变电所地回流过大说明牵引网回流不畅,电流不得不从钢轨漏泄至大地并从大地经变电所接地网返回变压器。变电所地回流过大,接地网存在过热烧损危险,还会使接地网及沿线钢轨电位过高,跨步电压增大,并对轨旁信号设备的运行安全产生威胁。本文使用开发的仿真软件,对直供牵引网地回流进行计算,并对比和分析牵引网不同结构和参数对地回流大小的影响。研究结论:(1)牵引网回流网络与大地回流的阻抗关系是影响牵引变电所地回流大小的主要因素,减小回流网络的阻抗、增大地回路的阻抗以及减小电流漏泄至大地的路径都有利于减小地回流;(2)对于没有架设回流线的牵引网,增设回流线是减小地回流的有效措施;(3)解决地回流过大问题,要让列车泄向钢轨的电流有通畅的路径返回变电所,避免断路和过长的迂回路径;(4)本研究结果可为牵引变电所地回流的分析以及预防治理地回流过大提供参考。     

高速动车组降弓浪涌过电压分析

高速动车组受电弓降弓过程产生的暂态过电压,严重威胁车载电气设备的安全运行。基于某型动车组的实体与接地方式,构建了高速动车降弓过程的等效电路分析模型,分析了车体浪涌过电压特性以及接地电阻、互感器、降弓瞬间电压相位对其幅值的影响。结果表明:高速动车组降弓时,各个车体过电压波形基本一致,最高过电压幅值达到4.7KV;过电压随接地电阻增大而增大,其中接地电阻取0.5Ω较为合适;同时电压互感器电感值越大,车体过电压峰值越大;接触网网压相位为90°、270°时,降弓过电压幅值最大。以上结论为提出降低车体浪涌过电压的措施提供了理论基础。     

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。     

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。     

动车组运行接地回流特性分析及优化

动车组运行工况复杂且车体结构具有差异性,车下各轴端接地电流分配不均,给接地碳刷维护带来不便。为探究动车组接地回流的基本分布规律,找出改善接地回流的方法,基于PSCAD仿真软件建立动车组在高速铁路上过吸上线动态仿真模型,并结合现场实测数据验证仿真模型的可靠性,探明动车组与吸上线的相对位置移动时动车组接地回流变化规律。通过分析动车组运行过程中不同车体的各个轴端接地装置处工作接地和保护接地接地电流大小变化趋势,提出对动车组头尾车保护接地加装接地电阻器以及在部分保护接地回路串接阻值不同的接地电阻器两种接地方式优化方案。仿真结果表明:优化方式一保护接地电流较大的1车接地电流整体降低了50%;优化方式二使各车保护接地电流大小限制在72 A以内。优化后的接地方式抑制了保护接地电流大小并使各轴端接地电流分布均匀,以上结论为设计更优良的接地方案提供了理论基础。     

综合接地对AT牵引供电网络参数影响的研究

建立了一个由16根平行导线构成的广义四端网络表征AT供电系统模型,以沪宁高铁无锡区段某供电臂为实例,计算与分析了综合接地系统接入后对钢轨电位、牵引网阻抗、钢轨及大地回流的影响.计算数据表明,综合接地对钢轨电位的降低有显著的作用,而对牵引网阻抗的大小几乎没有影响.     

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。     

电气化铁路长大隧道区段牵引回流特性研究

由于电气化铁路长大隧道区段牵引供电系统特殊的电磁环境与电气拓扑结构,导致流经钢轨的牵引回流比例较大并产生过高的钢轨电位,因此需对隧道区段内牵引回流及钢轨电位分布规律开展深入研究。建立隧道区段直供带回流线方式下牵引网链式模型,计算接触网刚性悬挂方式下的牵引网导线阻抗参数,并推导多导体阻抗与导纳矩阵,利用Matlab/Simulink仿真平台建立长大隧道区段牵引供电系统仿真模型。在此基础上,分析机车运行时牵引回流在各回流通路中的分配规律,并研究综合接地系统对隧道区段钢轨电流、钢轨电位的影响。结果表明:电气化铁路长大隧道区段设置综合接地系统后,牵引回流经钢轨回流部分明显降低,并有效抑制钢轨电位抬升。     

城市轨道交通列车再生制动能量穿越时钢轨电位分布规律仿真分析

当前,城市轨道交通钢轨电位过高引起的钢轨电位限制装置频繁动作、轨旁设备打火、杂散电流泄漏量增大等现象严重,对乘客人身安全及线路杂散电流水平有较大影响,而针对多列车动态运行过程汇总再生制动能量穿越时钢轨电位分布规律尚待进一步研究.对城市轨道交通供电系统动态运行过程中钢轨电位分布规律进行研究,建立系统供电-回流-列车全模型下钢轨电位动态分布模型.分析了多区间多列车并列动态运行情况下再生制动列车回馈至牵引网功率被其他供电区间列车利用情况下钢轨电位的变化情况.研究分析表明,系统多列车动态运行时,再生制动能量穿越情况对钢轨电位影响较大.     

悬挂式单轨牵引回流接地故障检测保护机制研究

悬挂式单轨在站内发生牵引回流接地故障时会导致站内其他列车及相邻牵引变电所的断路器出现大范围跳闸现象。为了避免故障车辆对其他正常设备造成影响,便于维修人员快速准确地锁定故障范围,对传统接地保护装置进行了改进,取消列车上的接地过电压继电器,增加车载设备的差分电流检测装置,提出分层分级接地检测保护机制用于牵引回流接地故障的保护和快速定位。改进后的接地保护装置目前已经在试验线上进行运用,验证结果表明该保护机制能缩小故障影响范围,提高列车运行效率。     

地铁车辆接地回流性能动态分析与优化

本文分析地铁车辆在牵引供电系统中的回流性能，并提出车辆接地优化设计方案。针对常用时域仿真分析方法无法准确连续反映车辆整体运行过程的不足，提出一种用于地铁车辆接地回流性能分析的车网联合动态仿真技术方案。以车体采用经保护电阻接地和直接接地两种技术方案的实际车型为研究对象，在通用仿真环境下建立包含车体、车辆接地电路、牵引负荷、钢轨回流电路以及供电网络的综合模型。基于地铁线路和车辆关键参数获得牵引计算结果，并将其导入仿真模型，实现车辆牵引功率、受流位置持续动态刷新，从而模拟车辆运行过程接地回流分布特性。仿真分析表明，在同一线路采用相同牵引控制策略时，经保护电阻接地车型较直接接地车型有更小的钢轨至车体回流以及车体间电流，但车体电位略有抬升；并进一步基于电阻接地电路提出了两种优化接地设计方案，仿真结果证明这两种方案均兼顾了整车的车体回流与电位抑制。该仿真方法对校验地铁车辆接地方案性能具有实用性，所得仿真结果对接地设计具有一定的参考价值。     

轨道交通车辆直流母线接地改进方案的应用分析

针对轨道交通车辆牵引电流谐波对直流供电系统的影响,为增强列车直流供电系统的可靠性,提出了轨道交通车辆直流母线接地改进方案.该方案通过采用列车母线负线单点接地方式,有效地避免了牵引谐波对直流供电电源品质的影响,降低了设备供电保护断路器的误跳概率.通过增加接地故障保护断路器,增加了列车运营的可靠性和安全性.     

接地方式对高速动车组升弓浪涌过电压的影响

随着高速动车组接地方式的改变,车体升弓浪涌过电压也不相同。本文为分析接地方式对高速动车组升弓浪涌过电压的影响,基于某型动车组接地方式,构建高速列车升弓等效电路模型,在此基础上分析升弓浪涌过电压的产生机理、分布特性,并将现场测试数据与仿真结果进行对比;仿真分析不同接地方式对升弓浪涌过电压的影响。结果表明,高速动车组升弓时,最高车体浪涌过电压幅值达到4.95kV,并在20μs内迅速衰减;采用直接接地方式最高升弓浪涌过电压幅值减小为2.4kV;在接地电阻器两侧并联电容也可有效降低过电压幅值,过电压幅值与并联电容值有关,电容值取10μF时较为合适,此时过电压最小降低为2kV。以上结论可为研究接地方式对于车体升弓浪涌过电压的影响提供理论基础。