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。     

变压器雷电冲击试验全波波形调节

针对变压器雷电冲击试验过程中全波冲击波形难以调节的问题,研究能有效改善变压器雷电冲击全波试验波形的调节方法。分析了冲击电压发生器波前电阻、波尾电阻、发生器本体及试验回路存在的寄生电感、变压器试品电容和电感等因素对冲击试验全波波形的影响,设计了全波波前时间和全波波尾时间改善电路,并对改善前后的冲击电压全波波形进行仿真、对比分析以及试验验证。     

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。     

计及绕组波过程的牵引变压器防雷分析

雷电冲击过电压有较大的幅值及陡度,侵入牵引变电所会对主变压器的绕组纵绝缘造成危害。为研究雷电侵入波对牵引变压器的影响,建立牵引变电所EMTP暂态模型,考虑雷击进线杆塔时,分析有无避雷器保护对牵引变压器上过电压参数的影响。安装避雷器后,变压器上的过电压幅值降低到最大允许耐压值以下,但其陡度减小幅度较小,对牵引变压器绕组的绝缘安全存在威胁。通过建立基于时域有限差分法的绕组多导体传输线模型,分析变压器绕组在雷电波入侵时的波过程。结果表明,雷击引起变压器绕组极不均匀电压分布,且前端绕组过电压幅值及振荡频率较高,存在绝缘隐患,应针对该位置进行重点保护。     

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。     

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。     

高速铁路接触网落雷特性及防雷技术的探讨

分析了雷电过电压及雷电放电过程,得出雷击的主放电过程对接触网设备破坏极大,高速铁路接触网与电力系统220kV架空线路的落雷次数相当,接触网的绝缘等级较低,直击雷、感应雷均会破坏接触网绝缘性能。提出在现有接触网防雷措施的基础上,应注意参考国内电网雷电定位系统,构建高速铁路区域化接触网雷电设防网络;利用雷电监测网统计的雷电活动数据,提高接触网雷电设防精度;判别铁路沿线直击雷、感应雷的影响因素,采取针对性的接触网防雷措施;灵活采取独立避雷线或利用保护线、正馈线兼作避雷线的技术方案,并适当提高氧化锌避雷器的技术参数。     

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。     

电气化铁路接地困难区段避雷线架设方式研究

在接地困难的路基段接触网支柱大多采用自然接地,支柱接地电阻较大,雷击避雷线后容易遭受反击。分析间隔接地改造和部分绝缘改造对接触网雷电防护性能的影响,并利用PSCAD/EMTDC仿真分析两种接地改造方案的雷电防护性能,从而确定合理的避雷线接地改造方案。研究结果表明:采用间隔接地改造时,接地改造后支柱耐雷水平有较大提高,未改造支柱耐雷水平几乎不受影响,并且接地改造间距小于200 m时雷击跳闸率有较好改善,大于200 m以后雷击跳闸率基本没有改善;采用部分绝缘架设时,导线绝缘子由最初的反击过电压闪络演变成感应过电压闪络,无论避雷线绝缘肩架的绝缘等级高低,都无法提高接触网的耐雷水平和雷击跳闸率,因此不建议采用避雷线绝缘架设模式。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铁路隧道电分相结构参数与中性线过电压研究

动车组通过电分相时产生的冲击过电压可能危及接触网绝缘和安全运行,设计中对此十分重视,往往要反复计算和进行方案比较,动车组过分相过电压受电分相结构及其感应电压影响较大。针对隧道内电分相结构的等值电容参数计算,利用镜像法推导其计算公式,计算中性线的等值电容和感应电压,仿真动车组通过电分相的过电压,并与无隧道情况进行比较。结果表明,计入隧道影响时的中性线对地电容为11.21 pF/m,比不计隧道增加61.57%,互电容为11.269 pF/m,比不计隧道减小15.11%;中性线过电压比不计隧道增大30%～40%。隧道中电分相结构设计和运行,应高度重视动车组过分相的过电压升高,并采取必要的防护措施。     

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。     

高速动车组车体操作过电压特性仿真分析与试验验证

为分析高速动车组车载真空断路器分、合时车体操作过电压特性,基于某型动车组电气结构,构建仿真模型,介绍现场试验并给出试验结果。仿真结果表明:2车过电压值最大,达到5.12?k V;2—6车依次减小,各车过电压高频振荡周期都约为0.6?μs,过电压在7?μs后衰减到几百伏。仿真与试验结果误差率为3%~26%,仿真与试验中各车过电压高频振荡周期、衰减时间、分布特性具有较好的一致性。     

高速磁浮列车线缆雷电间接效应的耦合特性研究

磁浮列车与传统轮轨列车相比,磁浮列车由于没有接触网的防护,容易受到直接雷击,雷电流通过车体时产生强烈的瞬态电磁辐射,导致车内线缆上产生感应电压、感应电流.利用CST微波工作室分析在雷电流作用下,高速磁浮车的线缆类型、线缆屏蔽层接地方式、线缆位置,以及多路径击穿条件下对线缆感应电压和感应电流耦合特性的影响,此外,为了验证...     

高速铁路18~#道岔接触网布置方式对比研究

研究目的:目前高速铁路18#道岔布置方式较多。本文旨在满足高速铁路弓网配合需要的前提下,对国内高速接触网道岔布置技术进行对比研究,为高速铁路建设提供技术支持。研究结论:(1)交叉布置方式由于动车组从正线高速通过时会接触到站线接触线,接触网线岔为硬点,影响正线弓网受流质量;(2)简单无交叉布置方式正线接触网与侧线接触网无交叉,易于布置及安装,动车组由正线高速通过时,受电弓不接触侧线接触线,但动车组从侧线进入正线时,受电弓弓角部分挤入正线接触线,同时侧线和正线接触线在受电弓中心的不同侧;(3)带导向悬挂的无交叉布置方式导向接触网位于正线和侧线接触网之间,在道岔岔心附近区域导向接触网始终与受电弓接触,使得受电弓平稳地从侧线过渡到正线或从正线过渡到侧线,减小受电弓与接触网的冲击,导向接触线亦不会出现非正常的磨损,该布置方式对速度适应性好,弓网受流性能佳,接触线始终在滑板范围内接触,且无线岔的硬点。