动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型研究

基于接触线的振动微分方程,得到弓网离线时放电电弧等效电路时变电阻和时变电感与动车组速度的关系,在此基础上结合动车组牵引供电系统等效电路,建立动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型.通过Matlab/Simulink仿真软件得到不同傅里叶级数下弓网离线时动车组车体馈电端骚扰电压的仿真波形,并与实测结果对比.结果表明:取傅里叶级数大于4即可保证仿真的准确性,验证了模型的正确性;弓网离线产生的骚扰电压呈周期性变化,动车组的速度越高,骚扰电压的变化周期越短,而放电频率和骚扰电压幅值越大,骚扰电压与动车组速度为指数函数关系.     

弓网分离时刻牵引电流相位对弓网离线电磁骚扰影响研究

弓网离线电弧引起的电磁辐射，是列控系统主要的电磁骚扰源之一。为研究弓网离线时刻牵引电流相位对弓网离线电磁辐射特性的影响，在实验室中搭建弓网分离时刻电流相位可控的低压大电流弓网离线拉弧模拟试验平台，同步采集不同离线相位下的电弧电压、电弧电流及电磁辐射的时域波形数据，通过对电磁辐射时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），分析离线相位对电磁辐射信号频域特性的影响规律。结果表明：弓网离线拉弧放电过程中，起弧和熄弧时刻的电磁辐射通常大于稳定燃弧时的电磁辐射；离线拉弧电磁辐射主要频段的中心频率约为4,7,15和25 MHz左右，且不同频段电磁辐射强度与弓网分离时刻的牵引电流相位相关，4和7 MHz骚扰信号峰值出现在270°相位发生离线时，15 MHz骚扰信号峰值出现在234°相位发生离线时，25 MHz骚扰信号峰值出现在306°相位发生离线时；离线时刻相位的随机性是导致弓网离线干扰故障随机性的重要原因之一。试验结果对于搭建测试平台进行故障复现、研究过分相区断路器的分合闸控制策略以降低电磁骚扰，具有一定的借鉴和启发。     

电气化铁道脉冲电磁骚扰的Simulink模型

从分析电气化铁道弓网电火花的形成机理及条件人手,介绍在Simulink仿真环境中对该复杂条件模型的建模方法.模型由离线事件模拟器、放电电压条件判决器、触发源等模块组成,将机车车速、定位点跨距、弓网接触压力、受电弓质量、离线概率等诸多因素作为仿真的输入参数,能反映出机车运行时弓网间电火花噪声的动态变化.在此模型的基础上进行仿真并统计噪声的幅度概率分布.本文的研究为分析预测电气化铁道脉冲电磁骚扰对无线通信系统的干扰等问题提供了计算机仿真模型.在获取电气化铁路实际典型工况噪声采样的基础上,使用该模型可以对电气化铁道脉冲电磁骚扰进行普适性的模拟和研究,在一定程度上可以替代周期长、成本高的路测试验.     

弓网电弧对机场终端全向信标台电磁骚扰的影响

选取高速电气化铁路电分相、锚段关节和普通点3个典型位置,采用点频测试和峰值、准峰值、平均值检波方式,在机场终端全向信标台(TVOR)的工作频段内开展弓网离线电弧电磁辐射测试;以某电气化铁路线路垂直下穿机场跑道为例,研究弓网离线电弧对TVOR的电磁骚扰影响。结果表明:电分相处的弓网离线电弧电磁骚扰最大,在频率为110 MHz时峰值检波的10m法值达89.4dBμV·m-1;普通点和锚段关节处的弓网离线电弧电磁辐射不会对TVOR产生影响,即便拉弧点位于铁路线路与机场跑道交叉点处,仍能满足防护率的要求,而电分相处拉弧点距铁路线路与飞机跑道交叉点的距离大于236m时,才能满足防护率要求。研究结果能够为机场区域轨道交通和机场航空的电磁兼容性设计提供依据。     

弓网离线电弧电磁干扰机理及防护

在铁路电气化区段中,弓网离线电弧产生的高频振荡脉冲是电气化铁道电磁干扰噪声的主要来源。针对电力机车高速运行时受电弓与接触线分离所产生的离线电弧,建立弓网电弧仿真模型,分析弓网电弧的频谱特征,在此基础上使用高频电磁仿真软件CST对机箱的电磁屏蔽性能(SE)进行仿真分析,旨在寻求更为有效的电磁防护措施。     

动车组弓网离线电磁干扰研究

随着动车组列车运行速度的提升,弓网耦合振动加剧,弓网离线产生的电磁辐射更加剧烈,可能会对车载通信信号造成干扰,严重时可能造成通信中断,威胁列车运行安全。因此,有必要对弓网离线电磁干扰进行研究。建立接触网-受电弓-车厢有限元分析模型,研究离线电弧产生的电磁波在车体各部位的分布规律。结果表明:弓网离线电弧电磁波沿列车行驶方向衰减迅速,在受电弓所在车厢正下方电场强度最大,车厢内最大电场强度为11.1 V/m。该结论可为抑制弓网离线电磁干扰提供一定的理论基础。     

交流25kV电力机车受电弓升弓和降弓电磁辐射特性研究及局部改善措施

受电弓在升降弓时与接触网间发生电弧放电现象,产生电磁骚扰是引起动车组敏感设备故障的重要原因。为考察受电弓升弓和降弓的电磁辐射特性,首先基于CRH380BL动车组实测参数,建立受电弓升降弓等效电路模型,从理论上分析电弧能量与时间的耦合关系;其次基于电磁场镜像理论,推导受电弓升弓电弧持续时间与降弓电弧持续时间的关系;最后根据GB/T 24338.2-2011标准,通过实测CRH380BL动车组升降弓电磁辐射,对理论分析结果进行实验验证;并提出相应的局部改善措施。验证结果表明,受电弓升弓产生的电磁辐射普遍大于降弓产生的电磁辐射,且弓网电弧的电磁辐射主要集中在3～5 MHz频段内,验证了理论分析模型的正确性。     

高铁动车弓网信号对无线通信系统的干扰研究

无线通信系统在高铁运行环境中受到电磁干扰,其主要干扰源来自动车受电弓与电气化接触导线短时相离产生的辐射信号即弓网离线信号。为弄清弓网离线信号辐射主要频段,通过对动车监测采集了大量数据,借助仿真软件对数据进行分析处理,得到频域和时域图表,找到弓网信号辐射区域集中在0.3～1 GHz频率范围,即弓网离线辐射信号处于该频段对无线通信系统干扰最大。这一研究成果为针对性采取电磁防干扰措施提供了重要依据。     

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。     

高速铁路接触网设计参数与受流质量关系的仿真研究

弓网动态受流一直是电气化铁道关键技术之一。为深入研究电气化铁道弓网的动态受流关系,基于MSC.Marc软件建立弓网动态受流仿真模型。针对简单链型悬挂形式,在各种不同工况条件下,进行仿真计算。分析不同运行速度下接触网设计参数对受流质量的影响。     

高速弓网系统动态振动性能的仿真研究

基于MSC-Marc软件建立弓网系统模型,对受电弓-接触网动态振动性能进行仿真研究.建立接触网、受电弓两个系统的有限元模型,模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为耦合系统进行低速条件下的动态仿真.将结果与国外仿真、实测及运行结果相比较,验证软件分析的正确性.在此基础上,针对我国京津城际铁路受电弓-接触网系统参数,对高速下的弓网系统动态振动性能进行仿真,分析影响弓网受流的主要参数,得到高速下接触网动态抬升量、弓网接触压力及离线现象,并通过参数的调整保证弓网可靠作用达到良好受流性能.对高速受电弓与接触网的相互作用进行大量的仿真并对结果进行分析,为进一步研究高速下不同受电弓与接触网参数的配合奠定基础.     

基于弧声信号特征的弓网电弧检测方法

文章提出了一种基于弧声信号分析的弓网电弧检测方法。列车运行声信号中包含着较多的环境噪声干扰声音,因此先经过降噪滤波处理,突出弓网离线电弧声音,然后通过对处理后声信号的傅里叶分析和能量计算,得到弓网电弧声信号的频率特征和能量特征。研究结果表明,电弧声频带较宽,分布在5~17 k Hz,在短时平均能量的计算中,弧声能量与刹车声能量、背景噪声能量有明显差异。弓网电弧的弧声可反映弓网电弧的发生时刻、持续时间、离线率、燃弧强度等信息,实现对弓网电弧的有效检测。     

地铁非接触式弓网电弧检测参数分析

基于弓网离线时刻电弧产生的机理,提取电弧发生时刻弧光特征量——(250±10)nm波段的紫外光作为在线检测目标,研制出了一套非接触式弓网电弧检测装置。通过现场检测采集广州地铁2号线弓网电弧数据,利用Matlab软件对检测数据进行分析。结果表明,电弧的发生导致列车牵引电流中0~50 Hz谐波含量明显增加。     

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。     

缓和曲线段地铁运行引起地表振动的实测结果及其传播规律分析

对上海轨道交通9号线某区间缓和曲线段地铁运行引起的地表振动进行了现场测试,并对实测的地表振动加速度进行了时域、频域及1/3倍频程分析。结果表明:在缓和曲线段,地铁列车行驶引起的地表横向加速度有效值是竖向加速度有效值的0.9~3.1倍;地表加速度频率分布在30~120 Hz,其中最显著的频率为30~50 Hz;加速度振级随着与隧道中心线水平距离的增加呈减小趋势,且在距离隧道中心线5 m、30 m时出现放大区;地表土体振动加速度幅值、频谱峰值随着地铁列车速度增大基本呈增大趋势。     

委内瑞拉铁路DSA250弓网受流特性分析

为提高设计开发的效率,在设计初期对弓网运行工况进行仿真,得到可信的仿真数据,为实际运用提供理论支持,可以大大提高设计开发的效率。根据中国总承包设计的委内瑞拉接触网和动车组的特点,利用有限元软件ANSYS得到接触网模型和受电弓三质量块模型,在利用接触对技术得到弓网耦合模型,对弓网受流特性进行了全面研究。其结果表明:弓间距100m工况下,DSA250受电弓最大运行速度可达220km/h,最大试验速度可达250km/h。DSA250受电弓满足设计要求。     

时速400km高速铁路弓网参数优化设计

时速400 km高速铁路技术的研发是我国加快建设交通强国的重要环节。国内尚未有适用于400 km下弓网参数评判标准，且现有弓网结构参数无法满足该速度下列车的稳定受流。在建立弓网动力学模型的基础上，基于高速铁路设计规范，尝试建立适用于时速400 km下弓网接触力和离线率的评判标准，并提出400 km/h下弓网各结构参数优化设计方案。结果表明，选用接触线张力35 kN、承力索张力21 kN、接触网弛度0.2‰、弓头悬挂刚度9 000 N/m、弓头悬挂质量6.0 kg、弓头悬挂阻尼80 N·s/m的参数值时，可将弓网接触力最大值、平均值、标准偏差分别由318.04,241.34,58.91 N减小到280.51,220.59,50.87 N,减小了11.80%、8.60%、13.65%,将离线率由4.33%减小到0.94%。优化后的弓网结构参数可以优化接触网弹性均匀程度、增强受电弓与接触网间的跟随性，从而改善弓网匹配效果，提高列车受流质量。研究成果可对400 km/h弓网参数评判标准的制定提供理论支撑。     

列车运行速度对弓网电弧电气特性的影响研究

列车速度的提高加剧弓网电弧的产生,影响高速铁路的安全稳定运行。基于经典的Cassie和Mayr电弧模型,考虑电弧长度、列车速度对电弧横向吹弧耗散功率的影响,对Cassie-Mayr串联电弧模型进行改进;通过模拟实验和仿真结果对比,验证模型的正确性。建立牵引供电系统实际参数模型,分析离线时间和列车运行速度对电弧电压、电流的影响;对比列车速度为100、400 km/h时的弓网电弧伏安特性曲线。结果表明,弓网电弧电压随离线时间、列车速度的增大而增大。当燃弧时间0～100 ms内、运行速度为100 km/h时,起弧电压幅值从35 V增大到137 V;当速度增大至400 km/h,起弧电压从37 V增大到386 V。     

弓网电弧对航空器仪表着陆系统的电磁干扰影响研究

为探究电气化铁路产生的弓网电弧对航空器仪表着陆系统的电磁干扰,选取达成铁路复线电分相、锚段关节、普通点等典型位置,针对仪表着陆系统的工作频段,开展了弓网电弧的辐射测试。考虑环境因素,通过距离换算获得各典型位置10m处的弓网电弧辐射强度;应用电磁传播理论,推得电气化铁路垂直穿越航空器下滑道时的电磁骚扰最强点;以信号防护率为评估依据,结合弓网电弧实测数据,进行电磁兼容预测。结果表明,电分相处的电磁骚扰最大,在110MHz处电场强度的峰值检波数据达89.3dBμV/m;航向信号与骚扰场强之差只有9.2dB,低于防护率要求4.8dB。测试结果可为电气化铁路选线和机场选址的合理性和可行性提供技术依据。     

刚性接触网不同跨距的弓网动态性能分析

为研究刚性接触网不同跨距的弓网动态性能,建立受电弓与刚性接触网的耦合动力学模型,对刚性接触网3种跨距进行不同运行速度下的弓网接触力仿真,选取弓网接触力数据的最大值、最小值、平均值、标准偏差、0.3倍平均接触力减标准偏差作为弓网动态特性的性能指标进行比较分析。通过分析比较弓网动态特性的性能指标得出,在运行速度小于等于160 km/h的范围内,3种跨距中8 m跨距的弓网动态性能最优。