基于仿真技术的在线接地装置阻抗值确定

为了获得运行中变电站接地装置准确接地阻抗值,提出一种基于现场测量数据与CDEGS软件计算模拟结果对比验证,确定接地阻抗值的方法。通过现场测量获得所在地区视在土壤电阻率曲线和运行中接地装置视在接地阻抗值测量曲线。使用CDEGS软件建立包含接地系统及周边构筑物等系统在内的计算模拟模型,基于CDEGS仿真模型,重现现场接地阻抗值测量过程,并计算得到接地阻抗值仿真计算曲线。在仿真计算曲线与现场测量曲线对比吻合后,最终确定接地装置在线接地阻抗实际值。通过实际应用验证了此方法有效性。

地下水动态监测与实时预报系统的构建研究

矿区开采可以带动当地经济发展,但也会对当地水环境造成影响,为了对矿区水环境进行检测,研究提出了信息反馈技术,并根据该技术构建了矿坑涌水量预测模型,通过地下水动态监测及实时预报系统,实现矿区水环境的实时检测。结果显示,该模型的预测结果与拟合效果较好,在5000 s以后,模型的计算结果与观测孔的实际观测结果基本一致。研究构建的模型可以准确反映矿区水环境的变化情况。

基于数字钢卷的设备功能精度数字孪生模型

介绍了在热轧智慧化集控过程中对数字钢卷中的设备、工艺数据,通过统一的标准化建模方法整合关联,建立了一个基于可视化配置的设备功能精度孪生模型。对设备相关数据进行预处理、多主体数据服务和综合分析,为设备精度和功能的管理提供依据,实现设备管理和生产组织智能化。

高速铁路接触网避雷线高度设计方法研究

高速铁路接触网架设避雷线后可以有效降低雷击跳闸率,保证高速铁路安全运行。结合现有的一些避雷线屏蔽计算方法,提出一种适合工程推广应用的避雷线高度设计方法,并得出以下结论:推导了单、复线铁路接触网避雷线高度设计的计算公式,计算过程简单便捷;避雷线高度对耦合系数以及雷击跳闸率影响较大,随着避雷线高度增加,F线、T线耦合系数逐渐减小。绕击跳闸率随着避雷线高度增加而逐渐降低,反击跳闸率增加,而总跳闸率逐渐降低,到一定程度后反而缓慢增加。在雷暴日不高地区,滚球半径推荐采用60 m;而在雷暴日较严重地区,推荐采用45 m。

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。

单芯电缆耦合电路等效模型及无功损耗影响因素研究

单芯电缆的结构参数和运行环境影响都会导致电缆的无功损耗变化。为了探究单芯电缆结构和运行环境对电缆无功损耗的影响,文中从电缆内部结构出发,建立了电缆等效电路模型。通过分析电缆内部无功损耗形式,研究了单芯电缆在特殊工况下的无功损耗变化情况。结果表明:单端接地电缆内部损耗以容性无功损耗为主;电缆电压等级越高时,输送一定功率的极限传输距离反而越短,并给出了66、110、220、330、500 kV电缆的极限传输距离;电缆内部进水后容性无功损耗会增大10%~30%,电压等级越高或者电缆截面积越大,进水后造成的无功损耗增量越大;电缆无功损耗增量与电缆线芯偏心度的二次方成正比,相同偏心度下,额定载流量大的电缆,无功损耗增量更大。文中的研究成果可用于单芯电缆特殊工况下无功损耗的计算及为无功补偿提供参考。

接触网和接触轨两种供电方式下地铁线路耐雷击水平分析与比较

架空接触网供电和接触轨供电是地铁线路常见的两种供电方式。运用CDEGS软件建立了接触网线路和接触轨线路模型,仿真分析两种方式下雷击位置及高架桥高度对耐雷击水平的影响,以及接触轨供电方式下避雷带架设高度对耐雷击水平的影响;比较了两种供电方式下的耐雷击水平差异并解释了原因。结果表明,两种供电方式下,雷击点距接地点越远,耐雷击水平越低;高架桥越高,耐雷水平越低。接触轨供电方式下,避雷带越高,耐雷击水平越高。接触轨供电方式下的耐雷击水平较接触网供电方式高得多。

环境因素对地铁钢轨扣件绝缘性能影响的试验研究

城市轨道交通钢轨对地绝缘性能的好坏是影响杂散电流大小的主要原因。而对地绝缘性能的好坏主要由钢轨扣件的绝缘性能决定。扣件的绝缘工作环境相当复杂,污秽、温度及湿度都会引起绝缘性能的下降,造成过渡电阻的减小。通过搭建扣件绝缘性能测试平台,研究了不同环境因素对扣件绝缘性能的影响,研究发现:湿度对绝缘性能的影响十分严重,主要表现在其增大钢轨表面电导率,形成泄漏电流的低阻流通路径;温度的影响主要体现在其对水蒸气凝结起抑制作用,温度越高钢轨表面越不容易凝露;雾气中的盐分也会增加扣件绝缘性能的下降。

接地测量中电极间距选取的研究

在土壤电阻率测量中,地表电位是土壤内部结构的一种外在体现。为了得到接地测量结果对各层土壤特性的反映情况,文中以均匀土壤和水平双层土壤的地表电位分布为例探索土壤内部结构与地表电位的关系。对均匀土壤和水平双层土壤的地表电位计算公式进行理论分析与推导,发现地表电位经过处理后可以排除测量电流与电极间距的影响,提出了地表视在电阻率分布系数的概念,并利用仿真数据对均匀土壤和水平双层土壤的分布系数进行了对比。研究发现,利用分布系数可以有效地计算出土壤分界面反射系数、厚度等参数,为接地测量中电极间距的选取提供了依据。

±800 kV输电线路直流绝缘子串分布电导模型及其对电压和泄漏电流的影响研究

直流绝缘子串泄漏电流不仅是绝缘子金具腐蚀的主要原因,同时也是在线监测的一项重要指标。为了研究直流绝缘子串上不同位置绝缘子金具上的泄漏电流的组成及分布特性,文中建立了直流绝缘子串三维有限元模型,研究了绝缘子串上金具对导线、大地,以及绝缘子金具之间的电导,分析了绝缘子金具处泄漏电流的影响因素及分布特性。结果表明:直流绝缘子串不同位置金具上的泄漏电流存在较大的差异;绝缘子金具泄漏电流分为沿面泄漏电流和空间泄漏电流,沿面泄漏电流沿着绝缘子串表面流动,空间泄漏电流的一部分在绝缘子金具、空气、杆塔、大地之间流动,另一部分在绝缘子金具、空气、均压环、导线之间流动;直流绝缘子串电压分布情况是分布电容和分布电导共同作用而形成的动态平衡状态。该研究成果可为绝缘子金具腐蚀、泄漏电流在线检测以及绝缘子串等效电路的研究提供参考。

一种抗电离干扰的高速串行驱动器

针对工业界高速串行接口(SerDes)发射级的驱动器在电离干扰条件下受到单粒子效应(SEE)干扰导致传输出错的问题,分析了经典高速SerDes驱动器结构受SEE干扰的机理,提出了一种采用密勒补偿的互补电流源全差分驱动电路结构,能够显著抑制单粒子效应在驱动器敏感节点上引起的扰动,改善高速SerDes抗SEE干扰的能力。基于所提出的驱动器结构设计了一款3.125 Gbit/s的高速SerDes收发器,并在130 nm部分耗尽型(PD)绝缘体上硅(SOI)CMOS工艺下完成了流片。在SEE的干扰条件下的测试结果显示,该驱动器的单粒子瞬态能量阈值显著高于经典结构驱动器,达到21.9MeV·cm^2·mg^-1,可应用于星载计算机高速数据传输。

地铁钢轨扣件对地过渡电阻等效电路及各部件的影响因素研究

地铁钢轨绝缘扣件用于隔离钢轨与大地,减少地铁杂散电流的危害。研究绝缘扣件的等效电路,探明各绝缘部件在钢轨对地过渡电阻中的影响,有利于针对性地减少地铁迷流。文中以弹条Ⅲ型扣件为例,根据泄漏电流从钢轨到大地的流通路径,给出了扣件组对地过渡电阻的等效电路;仿真计算了扣件各绝缘部件体电导率与表面电导率对过渡电阻的影响,得到了过渡电阻与各部件之间的关系;最后通过实验对研究结论进行了验证。研究发现:扣件组绝缘材料体电阻与表面绝缘电阻相差107倍,表面绝缘电阻对过渡电阻起决定作用;扣件表面绝缘电阻与表面电导率成反比,其中轨下垫板与铁垫板下垫板表面绝缘电阻仅为轨距块的1/5左右,材料表面凝露会使过渡电阻下降一半或三分之二,提高扣件过渡电阻的关键在于提高轨下垫板与铁垫板下垫板的表面绝缘电阻。文中研究成果为进一步提高轨道对地过渡电阻提供了理论支持。

不同类型机械绝缘节快速暂态过电压产生机理

通过对列车经过第一类和第二类绝缘节的快速暂态过程进行理论分析,建立列车经过2种机械绝缘节的等效暂态模型,研究机械绝缘节快速暂态过电压的产生机理,并推导其计算公式。利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件搭建列车经过2种机械绝缘节的牵引回流等效电路,对快速暂态过电压产生过程进行模拟和仿真计算。结果表明:列车车轮带负载脱离机械绝缘节的瞬间,相当于在绝缘节两端钢轨处施加1个方向相反、大小相等且均等于牵引电流瞬时值的冲击电流,产生的快速暂态过电压与该电流成正比;第一类绝缘节快速暂态过电压幅值等于牵引电流瞬时值与该类绝缘节冲击阻抗的乘积;第二类绝缘节由于与扼流变压器并联,其快速暂态过电压幅值远小于第一类绝缘节,在站场正线及出站方向等牵引电流较大的区段不应设置第一类绝缘节。

重载铁路直接供电方式下牵引回流分配及影响因素

通过某重载铁路站场牵引回流的现场试验,测量绝缘节2侧4条钢轨、上行侧吸上线及上下行侧横向连接线的回流情况;基于该站场基本参数,采用EMTP软件,建立不考虑各导线相互间耦合影响、仅考虑线路阻抗影响的牵引回流系统基础仿真模型,以及考虑钢轨、回流线、接触线和供电线相互影响的耦合仿真模型,并以实测数据验证耦合仿真模型的正确性;研究直接供电方式下横向连接线、接触线长度和上下行钢轨间距等因素对牵引回流分配的影响,并进行实例验证。结果表明:基于耦合仿真模型的仿真结果与实测结果一致;牵引回流的分配比例主要受接触线、钢轨、回流线及供电线相互之间的耦合影响,且各导线的耦合作用对站场上行侧回流线回流影响最为显著,回流分配系数为0.298;各导线间耦合作用是造成钢轨不平衡电流的主要原因。

1553B总线电路冷备份使用情况下总线端口潜通路分析验证

航天系统单位在应用1553B总线电路过程中,为了增加设备单机的可靠性,使用了两组1553B总线单机,两组单机总线输出并联在一起,一组单机上电使用,一组单机断电处于冷备份状态,两组系统互为冷备份,正常工作时,要求互为冷备份的单机不能相互影响。针对该应用详细介绍了1553B总线电路内部总线端口结构,并对冷备份使用情况下总线端口的潜通路问题进行了详细测试验证,通过测试数据分析,证明了两组1553B总线电路在冷备份使用情况下是稳定可靠的,两组单机没有相互影响。

土壤阻抗角的频率特性及其影响因素

土壤的阻抗特性直接决定了接地系统的性能,为此通过搭建土壤导电的频率特性试验电路,测量了我国常见的黄土壤、赤红壤和红壤这3种典型土壤的阻抗角随频率的变化规律,以及水分质量分数、土壤粒径对土壤阻抗角频率特性的影响。研究发现:当电流频率较低时,土壤试样的阻抗角总小于0,呈现为容性特征,且随着频率的增加,其阻抗角快速上升;但当频率上升到1 000 Hz以上时,土壤阻抗角的变化速度变缓;当水分质量分数较高时,土壤试样的阻抗角总小于0,且随着水分质量分数的降低,其阻抗角先增大到大于0,然后随着频率的进一步上升逐渐下降到0。通过对该现象进行分析提出,土壤中离子在电场下的迁移运动是造成土壤阻抗容性特征的主要原因,孔隙水形成的离子通道的感抗是造成土壤阻抗感性特征的主要原因,二者共同作用形成了土壤阻抗角的频率特性。研究结果证明多孔介质具有独特的导电特性,其机理有待更为深入的研究。

轨地过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响研究

城市轨道交通的杂散电流会导致周边金属设施发生不同程度的电化学腐蚀,而走行轨对地过渡电阻是控制杂散电流大小的关键。文中通过研究走行轨之间互阻抗的频谱特性,探寻过渡电阻的测量方法。首先建立了地铁钢轨仿真模型,得到了钢轨短接线位置、土壤电阻率、过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响规律,提出了用钢轨互阻抗判别钢轨对地过渡电阻不达标的方法。研究发现:钢轨短接线将影响低频段互阻抗的频谱特性,短接线离测量点越近,其影响越大,短接线距注入点500 m时测量频率需要达到4 k Hz以上;土壤电阻率对钢轨过渡电阻频谱特性主要影响在100 kHz以下;通过对比不同频率钢轨互阻抗与50 Hz互阻抗的比例关系,提出在100 kHz及以上时,该阻抗比的值大于18.2时,可以认为其对地过渡电阻小于3Ω·km。文中研究发现可用钢轨互阻抗的频谱特性检测钢轨对地过渡电阻,为城市轨道交通过渡电阻的检测提供了新的思路。

接地测量与土壤模型反演的研究

为了解决土壤电阻率测量过程中不利地形以及障碍物影响的问题,同时提高土壤模型对深层土壤电阻率的反映能力,本文分别利用Wenner法和电压极任意布置法的测量结果反演土壤模型。对于Wenner法,研究发现随着电极间距的增大,反演结果越来越可靠;电压极任意布置法的测量结果能够较好地反映出特定深度的土壤视在电阻率。结合两种方法的测量结果,可以得到误差为9%的准确模型。

交流供电制式下矿山法地铁隧道的牵引回流分布特征分析

为了提高城市轨道交通的线路运输能力和列车运行速度,我国几个主要城市新规划了25 kV交流供电制式的城市轨道交通线路。交流供电制式下牵引回流系统的泄漏电流侵入周边管线设备后,将威胁到人员与设备的安全。建立矿山法地铁隧道模型,对比研究了交流、直流2种供电制式下泄漏电流的大小及分布特征。研究发现:交流供电制式下的泄漏电流远大于直流供电制式下的泄漏电流,其泄漏电流大小随牵引供电区间长度的增加而快速增大;钢轨对地泄漏电阻和土壤电阻率均不是泄漏电流的主要影响因素;交流供电制式下的泄漏电流主要通过空间电磁耦合产生,减少电磁耦合强度才是降低泄漏电流的主要途径。

垂直接地极对杆塔冲击接地电阻的影响研究

雷击输电线路杆塔时,杆塔接地装置的冲击电阻过大是造成雷电反击跳闸的主要原因。针对如何利用垂直接地极有效降低杆塔冲击接地电阻这一问题,文中建立典型杆塔接地装置仿真模型,研究了不同长度垂直接地极的影响范围;垂直接地极数量、长度对于杆塔接地装置降阻效果的影响。通过研究发现,不同长度垂直接地极影响范围不同:10 m长垂直接地极的影响范围大约为40 m,而3 m和5 m长垂直接地极的影响范围分别为5 m和20 m;在所添加垂直接地极总长度相同的情况下,所采用单根垂直接地极的长度越长,则降阻效果越好;随着垂直接地极数量的增加,其降阻率都不断趋向饱和。推荐在泄漏电流弱的地方添加尽可能长的垂直接地极,然后再根据其影响范围增加合适的垂直接地极数量。该结论可为杆塔接地体的设计及改造提供参考。