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。     

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。     

市域动车组接地回流特性分析及保护接地系统优化

以供电条件类比于高铁动车组的成都地铁18号线市域动车组为研究对象,考虑钢轨渗透深度和截面尺寸的影响,采用Multisim软件建立市域动车组接地回流系统电路模型,并验证有效性;分析市域动车组在现有接地方案即在直接接地和分散保护接地方式下正常和半列动力运行时的接地回流特性;综合考虑直接接地与经电阻接地、集中保护接地与分散保护接地的不同优点,提出首先将轴端经0.05Ω电阻接地、然后去除2车1轴和7车2轴接地保护线、最后将1车2轴和8车1轴直接接地的递进优化方案,并与现有接地方案进行对比。结果表明:保护接地电流主要从头车泄往钢轨;动车组半列动力运行时保护接地电流分布与正常运行时基本一致,正常运行时的保护接地系统优化方案对其半列动力运行同样有效;基于提出的最终优化方案,最大保护接地电流幅值下降至原来的48.4%,车体环流被消除,各轴保护接地电流分配不均情况得到改善,同一车体2个车轴电流的最大幅值差下降至原来的5.2%。     

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。     

高速列车接地系统对车体电流及过电压分布的影响分析

高速列车独特的轮轨耦合移动接地系统在其行车安全方面起到关键作用,不合理的接地设置无法有效降低车体暂态过电压幅值,会造成设备绝缘击穿,同时,窜入车体的环流会恶化车载设备、轴承的电磁环境,车载设备与人员安全也需要得到充分保障。因此,对高速列车的移动接地系统性能研究,需要兼顾接地电流与车体过电压两项重要指标进行优化改进,服务于提升动车组长期的服役性能。以吸上线区间和电分相区间的“车-所-网”供电和回流系统为例,对动车组车载设备进行参数测量,对“车-所-网”供电系统进行等值计算。基于车载关键设备的实测阻抗参数,构建“车-轨-网”牵引供电系统的等效电路模型,研究车载牵引供电系统高压侧操作过电压特性以及车体过电压的传播规律,解析列车接地系统对车轨环流及车体过电压分布的影响机制,并结合接地回流及车体过电压两方面指标,对比不同接地阻抗参数及布局方式对车体过电压与车轨环流的影响规律。最终,获得一套基于调整电阻、电感以及接地方式的平衡了电压与电流的优化方案。     

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。     

保护接地对高速动车组接地回流的影响

保护接地方式的优劣直接关系到动车组运行性能的好坏,其研究具有重要意义。其中集中保护接地不能确保车体电位为零;而分散保护接地存在回流问题。本文分析集中保护接地的弊端机理,用PSPICE软件建立分散保护接地方式的整车接地回流模型,并结合现场实际测试结果,分析保护接地回流的分配规律,通过取消回路改进分散保护接地方式。仿真结果表明,转向架之间的回路是接地电流增加的主要原因,改进接地方式使轴端电位降低至0.2V,各保护接地的电流值小于20A且分布较均匀。     

铁路站场牵引回流系统的回流特性研究

在一些大型站场中,存在回流不畅、钢轨电位过高等回流问题,当发生接触网对支柱短路时,上述问题更加严峻。为了研究大型站场中牵引回流系统的回流特性,需要针对列车正常运行和接触网对支柱短路两种状态进行研究,运用接地分析软件CDEGS搭建相应的仿真模型,并根据所建模型进行仿真分析。由仿真结果可知:无论列车正常运行还是发生接触网短路故障,站场中只有小部分吸上线工作,因此导致钢轨上有较高的牵引电流;在发生接触网对单独接地支柱短路故障时,支柱周围存在地电位过高等安全问题。针对以上问题,提出在牵引变电站附近多架设两条吸上线、将站场两端的贯通地线与回流线相连和将单独接地支柱底端与两侧钢轨的扼流变中性点相连的措施。通过仿真分析,提出的措施方案能够较好地改善站场中存在的回流问题并解决短路故障带来的安全问题。     

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。     

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。     

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。     

CRH380CL型动车组速度传感器故障诊断

根据速度传感器受干扰现场实测数据以及出现的干扰状况,结合该型传感器的工作原理及实验室实验给出了相应的故障排查思路,分析干扰性质以及耦合路径。研究发现,9车、10车之间风挡处有绝缘节且其阻值远远大于车体阻值,导致牵引电流通过两车之间的钩缓回流到牵引变电站。牵引电流上车后,10车车体电位为3.2 V,干扰速度传感器正常工作。在10车加保护接地后,10车车体电位为0.29 V,干扰消除,从而验证了故障诊断的有效性。     

牵引回流过大对配电室馈出线零序保护的影响分析

动车组受电弓与接触网接触受流后,电流会通过轨道、回流线和大地流回至牵引变电所的变压器中性点。青连铁路联调联试期间,在动车组检测车途经10kV配电所后发生贯通馈出(综合贯通)线零序过电流保护误动作跳闸,经过分析该问题由牵引变电所回流过大所致。本文提出因杂散电流过大引起零序电流误动作的应对措施,在进一步论证该线采用消弧线圈接地方式具更好可靠性的基础上,提出了不同接地方式下保护整定值的配置、整定原则,及在联调联试期间采用多种运行模式对整定值进行修订和调整,以进一步提高牵引供电系统的可靠性。     

地铁列车轴箱轴承电流测试与接地方式优化

在分析轴箱轴承电流产生的基础上,对地铁列车直接接地和串联电阻接地2种方式下的轴承电流分布进行测试,其中,直接接地方式下车体与转向架、转向架与轴端直接通过保护接地线连接,串联电阻接地方式下车体与转向架直接通过保护接地线连接,车体与轴端保护接地线间串联50 mΩ的电阻。对实测数据的分析发现,2种接地方式下全车的轴承电流与牵引电流均呈线性正相关,且串联电阻接地方式下二者的相关性更明显,但牵引电流并非影响轴承电流的唯一因素,串联电阻接地方式对轴承电流的抑制效果不佳。由此,提出动车车体经串联电阻接地、拖车车体直接接地的新型接地方式,在建立并验证轴承电流仿真模型准确性的基础上,对新型接地方式的有效性进行验证。结果表明:与原有2种接地方式相比,新型接地方式在大幅降低动车轴承电流的同时,不会升高拖车轴承电流;比较直接接地方式,新型接地方式下全车轴承电流均有明显的下降,抑制比例达30%以上。     

城市轨道交通车辆接地方案分析

介绍了城市轨道交通车辆保护接地的概念和设备保护接地的原则,对比分析了不同的车体保护接地方案的优缺点。直接接地方案与接地电阻方案相比,前者使流经车体的电流的比例要大。增设接地电阻对减少流经车体的回流电流有明显的改善作用。     

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。     

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。     

钢轨廓形对动车组车体低频横向晃动影响研究

研究目的:国内部分高速动车组在服役过程中出现不同程度的车体低频横向晃动(以下简称"晃车")问题,影响旅客乘坐舒适性。本文通过调研出现动车组晃车的线路,结合动力学仿真,从钢轨廓形这一方面对高速动车组晃车现象成因进行分析,并提出针对性的打磨措施。研究结论:(1)部分地段左右股钢轨工作边侧廓形与设计廓形60D相比负偏差量过大导致轮轨等效锥度过小,或左右股钢轨廓形不对称度过大导致轮轨等效锥度过小及左右轮径差变大,是造成动车组晃车的重要原因;(2)钢轨打磨可有效治理高速动车组低频横向晃动,车轮镟修对其改善效果有限;(3)车轮凹磨可增大轮轨等效锥度,可一定程度上抑制晃车的产生;(4)对晃车现象应早发现早治理,治理时应详细调查晃车区段的钢轨廓形,制定针对性的打磨方案并采用合理的打磨方式;(5)本研究成果可为铁路工务部门治理高速动车组晃车提供理论依据。     

土耳其安伊高铁Ⅱ期电气化综合接地系统设计

国内高速电气化铁路回流线和全线贯通综合接地线均分别设置,且回流线多采用绝缘安装方式。而土耳其安伊高铁项目采用带回流线的直接供电方式,回流线采用不绝缘安装方式,利用回流线兼作全线贯通架空地线为沿线各设备提供等电位连接和接地功能。该回流线兼地线采用架空方式且在正常和故障情况下均流过电流,而且还要为沿线各设备提供接地功能,因此在设计过程中应充分考虑回流系统对接地影响,合理设置回流及接地系统结构及参数,满足各专业接地需求。