弓网电弧的能量特性探讨

牵引供电是高速铁路关键技术之一,弓网关系是牵引供电的关键组成,而弓网电弧是弓网关系的突出问题。深入全面地了解弓网电弧的能量特性具有非常重要的意义,发现弓网电弧能量大小与电路结构及参数的关系,找到弓网电弧能量在时间和空间上的分布规律,揭示弓网电弧的腐蚀机理;从电气上找出减小弓网电弧危害的措施和弓网电弧危害的评估方法,提高牵引供电质量。文章从经济有效地解决弓网电弧问题的角度展开探讨,从弓网电弧的电气本质入手,在弓网电弧能量与电路结构和参数关系研究的基础上,找出弓网电弧能量大小与电路结构和参数关系,描述弓网电弧能量在时间和空间上的分布规律。     

弓网离线电弧对PETT的影响及其抑制措施

在列车高速运行过程中,由于受电弓和接触网独特的接触供电方式,弓网之间的高速滑动将引起垂向的振动和跳动,产生弓网离线及其离线电弧的产生,这将会对列车牵引变流器稳定运行产生很大影响.电力电子牵引变压器是牵引变流器中牵引变压器的一个发展趋势.文中建立了弓网电弧数学建模,分析了弓网电弧对系统输出电压的影响;提出了一种短时开环控...     

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。     

负载特性对弓网电弧能量的影响

随着列车运行速度的提高,弓网离线现象愈来愈严重,弓网电弧频繁发生,弓网电弧烧蚀受电弓滑板和接触网导线,其烧蚀程度与弓网电弧能节的大小密切相关.利用弓网电弧模拟试验系统研究不同负载功率因数、牵引电流时弓网电弧的电压电流,分析弓网电弧的平均燃弧时间与牵引电流和负载功率因数的关系、弓网电弧能量与负载功率因数的关系.研究结果表...     

高速铁路弓网电弧仿真研究进展

阐述了电弧模型的发展进程,介绍了不同电弧模型的模拟过程及数值建模方法。根据已有的电弧数值模型推导过程,电弧模型的不断发展体现在建模之前假设条件的减少上。在Ansys、Fluent等建模仿真软件中,也可通过建立弓网电弧模型,并设置模型参数的过程来模拟电弧的特性。在未来的研究中,将等离子体的特性应用于电弧的仿真过程,并且加入弓网系统的特殊环境因素,是弓网电弧数值模拟及仿真计算领域的发展方向。     

受电弓降弓过程弓网电弧等离子体动态特性研究

以磁流体动力学(MHD)理论为基础,对Fluent流体软件进行二次开发,配合动态网格技术,建立弓网电弧仿真模型。仿真分析受电弓降弓过程中电弧温度场和气流场分布,同时计算分析在不同降弓速度下弧柱电压随间隙的变化规律,并且利用弓网电弧模拟试验平台测试降弓过程电弧电压随间隙的变化规律。研究结果表明,在受电弓降弓过程中,弧柱伸长,受电弓与接触网附近发生气流运动,弓网间隙间逐渐形成2个旋转方向相反的漩涡,电弧在气流的作用下发生热收缩效应。降弓速度越大,电弧电压随间隙的变化率越大。通过对比分析得知仿真结果符合试验结果的变化规律。     

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。     

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.     

受电弓离线过程弓网电弧电气特性研究

受流问题是制约电气化铁路提速的因素之一,而弓网电弧电气特性是反映高速列车受流问题的重要指标.基于自主设计搭建的弓网离线电弧实验平台,分别探究弓网在稳态离线状态与动态离线过程中燃弧尖峰电压、稳定燃弧电压、电弧电阻、功率的变化规律,对弓网电弧进行伏安特性分析.并对燃弧尖峰电压的变化规律进行曲线拟合,探究电流大小对弓网离线过...     

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。     

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真主要包括动车组运行的牵引负荷功率计算和牵引供电系统的潮流计算。通过建立牵引计算模型得到动车组运行过程中的电气负荷特性,基于多导体传输线模型,建立牵引网等值电路,基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,建立牵引变电所等值电路,基于牵引负荷功率进行牵引供电系统潮流计算,可以得到动车组运行过程中牵引供电系统的电压和电流的变化。以此为基础,编制了高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真程序,通过仿真程序对云南省开通的首条高速铁路—长昆客运专线邓家山牵引供电系统进行了仿真计算,计算结果与中国铁道科学研究院的实地测试结果相一致。高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究对于深入研究高铁牵引供电系统的运行规律,对供电系统中各种供电指标的核查、校验等具有重要意义。     

客运专线牵引网保护方案设计

国内客运专线牵引供电系统普遍采用全并联AT供电方式,由于接入电压等级提升、负荷电流增加、谐波含量降低等因素,传统的牵引网保护配置已不能满足新型牵引网的要求。针对国内客运专线牵引供电系统的特点和要求,对其牵引网的馈线、AT所和分区所的进线和自耦变压器进行了新型保护方案的配置设计。     

城市轨道交通直流自耦变压器牵引供电系统

现有城市轨道交通直流牵引供电系统普遍采用走行轨回流,存在危害性很大的长时间迷流,且防不胜防。提出一种新的直流牵引供电系统,即直流自耦变压器(DCAT)牵引供电系统,能很好地解决轨道电位和迷流问题。以传统的直流牵引供电系统为基础,增加由电力电子开关和直流电容器构成的DCAT及回流线,构成DCAT牵引供电系统。分析表明,DCAT牵引供电系统不仅能解决轨道电位和迷流,还可兼作储能装置,将列车再生制动时的能量回收再利用,同时,在线路绝缘耐压和车辆供电电压不作任何改动的情况下,DCAT牵引供电系统牵引网的电压是传统直流牵引供电系统牵引网电压的2倍,可大大减少线路的电压损失和线路损耗,从而进一步提高能源利用效率。     

直流牵引网稳态短路电流计算

城市轨道交通短路故障的分析与计算是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。首先建立精确的直流牵引供电系统模型,将整流机组等效成带内阻的电压源,建立等效模型并利用整流机组的外特性计算稳态短路电流。     

抑制地铁接触网过载电流的措施分析与研究

结合南京地铁1号线胜太路—南京南供电分区内发生的接触网过载电流保护动作跳闸案例,对线路特点、列车牵引特性、实测电流数据及运行图进行研究。通过深入分析故障原因,提出调整运行图错峰组织行车和设置轨道限速削峰组织行车,抑制接触网过载电流的解决措施。同时,将线路、运行图、牵引电机型号、变电所参数、现场实测数据导入地铁直流供电系统仿真模型进行模拟仿真验证,证实两项解决措施切实可行。     

基于预测电流控制的CIT400高速综合检测列车运行特性仿真分析方法

基于CIT400高速综合检测列车牵引传动系统的结构和牵引特性,运用MATLAB/Simulink软件建立预测电流控制下的高速综合检测列车牵引传动系统仿真模型,仿真分析列车在牵引和制动工况下受电弓短时断电及网压波动时的运行特性,并与实测数据进行对比分析。研究表明:仿真结果与实测数据基本一致,建立的仿真模型能正确反映列车的运行特性,能够满足列车实际运行的动静态要求。     

基于电压比较的牵引供电系统异相短路保护

通过测量阻抗轨迹法对异相短路故障的测量阻抗进行分析,得出牵引网发生异相高阻电弧短路故障时,按常规原理阻抗保护将拒动的结论。在异相短路故障特性的基础上,利用电压向量图法对故障电压进行分析,发现两供电臂电压和相间电压的幅值和相位发生有规律的变化,根据该电压变化特征,建立了基于两供电臂电压和相间电压的相关比较,同时结合电流增量保护来实现异相短路故障的保护。通过已有仿真分析和实际相间短路故障数据分析表明,该方法对异相短路故障具有良好的识别能力,可在牵引变电所保护系统中配置该保护。     

智能牵引供电系统现场试验评估技术研究

智能化是高速铁路牵引供电系统未来发展趋势,信息高度共享、智能化程度更高的AT牵引供电系统才能保证高速铁路安全、可靠、舒适的运营。智能牵引供电系统在信号采集和传输方式上的变革,使得变电所内控制、保护以及电流、电压信号均以数字信号方式在网络中传递,传统的测试手段都不再适用。以智能牵引变电所模型为基础,致力于解决智能牵引供电系统现场试验评估困难的问题。通过分析现有智能牵引供电系统检测标准和方法,结合智能牵引变电所评估基本原理和传统测试经验,提出供电系统运行参数测试和短路试验的方法,对符合IEC61850协议的多种类型网络报文进行试验数据解析和重构,从而形成一套有效的智能牵引供电系统现场试验评估方法,对智能牵引供电系统验收试验具有参考意义。