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。     

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...     

城市轨道交通弓网离线电弧特性研究

为了研究弓网电弧产生机理,基于实验室条件搭建弓网离线模拟试验平台,通过改变离线间距、电流、负载等参数,研究不同离线状态下弓网直流电弧特性。     

基于弓网电弧动态模型的高速列车弓网电弧产生机理

分析了高速列车弓网电弧产生的机理,结合受电弓和接触网间的离线时间、材料缺陷、电腐蚀等问题,解析了弓网电弧与高速列车安全的关联机制。依据电弧理论的动态模型算法,推导了Cassie模型和Mayr模型的理论公式,并论述了这两种模型的适用条件和应用范围。提出了高速列车弓网电弧方面目前仍存在的问题及未来电弧研究的展望。     

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。     

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。     

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.     

基于能量守恒的弓网电弧建模研究

按照弓网电弧能量守恒微分方程,建立简单有效的弓网电弧确定性模型。在对牵引供电系统各组成部分进行参数计算的基础上,建立了牵引供电简化电路模型。将提出的弓网电弧模型以电流控制电压源形式直接接入牵引供电测试系统,对弓网电弧引起的电压波动问题进行仿真分析。仿真结果与实际系统动态特性完全相符,从而验证了模型的正确性。该仿真模型的建立,为理解弓网电弧非线性时变特性,研究弓网电弧导致的电力机车受流质量问题,进行谐波治理与弓网电弧抑制研究提供了研究基础。     

武广高速铁路轨旁电磁干扰实测及分析

研究了GB/T 24338-2标准中关于分辨率带宽(RBW)的规定。通过实验对比了标准推荐的RBW及实地测试使用的RBW的测试效果,结果证明两者测量干扰峰值效果相同,但后者扫描速度更快,更适宜测试现今高速铁路的电磁干扰。并在武广高速铁路咸宁段电分相处实地测试运行中的CRH3型高速列车的弓网离线电弧电磁干扰,获得其在30 MHz~1 GHz的频谱。通过频谱分析了高速列车弓网离线电弧电磁干扰的幅频特性,为评估弓网离线电弧电磁干扰对高速列车的影响提供依据。     

基于显式有限元的高速列车吸能装置吸能原理研究

吸能装置是提高高速列车耐碰撞性能的关键部件。首先阐述了金属切削数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、切屑与工件的分离、切屑与刀具的接触和摩擦等。然后利用显式有限元仿真了薄壁结构被轴向切削时刀具的前角、切屑的厚度和宽度等对其吸能特性的影响。提出薄壁结构轴向切削吸能和轴向压缩吸能的组合作为吸能装置的吸能原理。分析结果表明,该吸能原理是一种非常理想的碰撞能量耗散模式。     

基于双向变流装置的城市轨道牵引供电系统潮流计算

基于双向变流装置输出外特性,分析电压调整率与下垂率的关系;以电压源换流器模型为基础,建立考虑下垂输出外特性的双向变流装置计算模型;采用交直流一体迭代潮流算法,进行含双向变流装置的城市轨道牵引供电系统潮流计算。以某地铁工程为例,列车采用6B编组,最高时速为80km·h^-1,研究双向变流装置下垂率和空载电压对峰值功率、牵引网网压和钢轨电位的影响。结果表明:随着输出外特性中下垂率的增长,双向变流装置峰值功率需求降低,但牵引网网压波动加剧,钢轨电位提高;当空载电压在1 500~1 650V范围内、下垂率为0.055~0.06时,全线牵引降压混合所整流工况的峰值功率最大在7 146~7 320kW之间。在实际工程中,应选取适当的下垂率和电压调整率,允许部分功率跨区间传输,以降低双向变流装置的安装容量,同时兼顾牵引网网压和钢轨电位的控制需求。     

车辆转向架前端加装弧形导流槽对转向架积雪结冰情况的影响

通过空气动力学仿真分析和风洞试验,研究车辆转向架前端加装弧形防风雪导流槽对车辆转向架积雪区域空气动力学性能的影响,以及对转向架区域积雪结冰情况的影响。研究发现:在车辆转向架前端安装弧形防风雪导流槽,可以减少气流对转向架区域的直接冲击;可增加底部气体流速,使夹带雪花颗粒的气流快速通过转向架区域;空气流经导流槽发生明显下扬,使原空气流线在进入转向架区域时发生的上扬现象消失;安装弧形导流槽对整个转向架区域的积雪情况有明显改善作用。     

车端间距对高速列车风挡气动噪声的影响

为研究车端间距对高速列车风挡气动噪声的影响,文章利用大涡模拟方法和Lighthill声学比拟理论建立高速列车风挡气动噪声数值计算模型,并设计四种不同车端间距下的风挡方案,计算相应的气动噪声。结果表明,风挡的气动噪声随着车端间距的增加而增大,在满足工程约束的条件下,可以通过减小车端间距来改善高速列车风挡的气动噪声。     

地铁B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析

通过模拟列车运行速度曲线,分析列车的牵引耗电量和再生制动的节能效果;探讨地铁运营的节能措施,提高运营管理水平。通过对大量列车牵引计算图的分析,获得了地铁B2型车和B1型车日常运营的启动加速度、制动减速度、列车旅行速度、牵引耗电量、列车单位耗电量以及再生制动的节能效果;比较了运行速度由80 km/h提高到100 km/h的运行效果;探讨了地铁车辆选型的基本原则,对工程设计和运营管理具有一定的参考价值。     

超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究

针对机车启动、制动对直流母线电压的影响,提出一种基于超级电容的储能装置,该装置通过双向DC-DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动过程的暂态能量,分析了超级电容储能系统充放电控制策略,搭建了一个750V直流电气化铁路仿真平台,仿真结果验证了超级电容储能系统能够维持直流母线电压稳定,有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和避免再生制动能量的浪费。