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。

弓网燃弧问题分析及对策探讨

电力机车通过受电弓与接触网的耦合获得不间断电能,电能的可靠传输关乎高速铁路的运营效率和安全。随着电气化铁路运营速度的提升,弓网燃弧问题已成为制约牵引电能传输可靠性的关键因素之一。现有关于弓网燃弧研究成果多侧重于电气理论,与实际运营结合不够紧密。本文主要从动态检测燃弧问题着手,对燃弧缺陷产生原因进行探讨,并结合运营实践经验对弓网燃弧问题的改善提出建议。

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。

基于图像处理弓网燃弧检测研究

电力机车通过受电弓碳滑板与接触网动态滑动接触而获得电力。由于线路不平顺等原因,会造成弓网脱离接触,产生离线火花,即燃弧现象。进行燃弧检测对受电弓和接触网的日常维护都十分重要。基于燃弧的光学特性,利用图像处理处理技术判断燃弧并计算出燃弧单次持续时间和区段的离线率。研究结果表明,采用图像处理的方法可以有效的计算出较为准确的燃弧持续时间和离线率。能有效地评价弓网受流质量地性能。

基于Hilbert分形天线的弓网电弧电磁辐射研究

弓网(PC)电弧带来的电磁干扰会影响到车载数字设备的正常工作。因此,有必要研究弓网电弧的电磁辐射特性。首先,基于ANSOFTHFSS仿真软件建立仿真工程,设计了一种用于监测电弧电磁辐射的4阶Hilbert分形天线。其次,搭建了弓网电磁辐射信号测量实验装置,以铜合金接触导线-纯碳滑板为研究对象,在不同试验电流及不同电极间距下,分别开展多组弓网电弧辐射电磁实验。对采集到的电磁辐射时域脉冲信号进行快速傅立叶变换,提取频谱分布范围及典型频率值。研究结果表明:弓网电弧电磁辐射频段主要分布在0～160 MHz,特别是在0～40、60～100 MHz频段内强度较大。改变试验电流和电极间隙,电弧电磁辐射频谱分布整体相似,且频域峰值都出现在18MHz。通过对电磁辐射的实时监测,可获得电弧发生时刻和持续时间等信息,提供了一种有效的弓网电弧监测方法,有助于对弓网系统受流水平进行评价。

高速铁路离线电弧作用下的弓线温度场研究

针对动车组在重载和高速条件下弓网滑动电接触频发引起的离线电弧现象,以高速铁路离线电弧作用下的动车组车顶弓线温度场为研究对象。首先利用非线性有限元理论,借助ANSYS强大的功能,建立受电弓弓头滑板和接触线的有限元模型;然后分析电弧产生后对温度分布的影响;其次给出不同环境条件、不同材料、不同材料配副时的弓线温度分布仿真结果,最后,通过不同仿真对比,充分验证了模型的正确性,得出最优的材料配副选择,给出降低电弧对弓网侵害的措施。

弓网离线电弧对机场ADS-B地面站系统电磁骚扰测试与分析

为研究弓网离线电弧对机场广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance broadcast,ADS-B)地面站系统的影响同时给出电分相对ADS-B地面站系统的保护距离,实测并分析了动车组弓网离线电弧典型辐射特性。测试结果表明,弓网离线电弧电磁发射,电分相处强度最大。距离电分相拉弧点23.3 m处实测数据结果为峰值检波的最大场强值达66 d BμV/m;准峰值检波较峰值检波降低约20 d B;平均值检波较准峰值又降低约14 d B。依据GB 6364(航空无线电导航台(站)电磁环境要求)的一般保护率条件,分析各种影响因素,给出电分相拉弧点距离ADS-B地面站系统的保护距离为537 m。本研究结果能够对动车邻近机场区域的线路设计与布局提供依据;同时也对国标的修订提供重要参考。

计及弓网二次燃弧的高铁车-网建模与电磁暂态影响研究

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,基于多导体传输线(MTL)理论对计及弓网二次燃弧的牵引网回路进行车-网建模仿真研究。推导高铁全并联自耦变压器(AT)供电方式下牵引网MTL链式集总π型网络矩阵参数;根据CRH2型动车组结构参数,结合动车组实际运行过程中车体、钢轨、牵引网三者之间的相对位置分布及电气参数关系,在MATLAB/Simulink上建立精确的高速铁路车-网链式参数仿真模型。以二次燃弧为主,仿真分析燃弧对牵引网电压、动车组车体电势、轮对泄流、轮对间轨电位差的影响,结果表明:所建模型可有效模拟高速铁路中稳定的工频工况及弓网离线期间一次燃弧和多次燃弧的电磁暂态现象。

弓网离线传导干扰特性的实验研究

为研究传导干扰的时频特性以及接触压力、回路电流、运行速度与传导干扰的幅值及频率的关系,利用自制的实验装置开展了不同工况条件下的弓网离线实验,利用小波分析对不同受流状态时的电流信号进行频带划分处理,获得了传导干扰的分布特性及其与工况条件之间的作用关系.研究表明,传导干扰主要出现在低频段,随着频率的增加干扰程度逐渐减弱.传导干扰的幅值随接触压力、回路电流的增加而减小,随运行速度的增加而增大;传导干扰的频率随接触压力的增加而增大,随运行速度、回路电流的增加而减小.

弓网离线状态下地铁辅助逆变器暂态过程研究

弓网离线对地铁车辆安全可靠运行带来很大危害。给出了弓网离线的等效过程,得到离线期间地铁车辆弓网系统的等效电路。以某地铁辅助逆变器系统为例进行了离线暂态分析与仿真验证。结果表明,离线引起逆变电路中基波分量大为减小,绝缘栅双极型晶体管IGBT上谐波成分增多,带来耐热、绝缘等方面的隐患,甚至造成逆变器模块损坏,极大地降低了地铁车辆运行的安全性、可靠性。对于IGBT的选型、保护及弓网结构的改进提供了重要参考。

刚性接触网下120km/h地铁列车弓网燃弧分析

针对广州地铁3号线北延段刚性接触网下120 km/h地铁列车弓网连续燃弧问题,分析了燃弧产生原因,建立弓网系统仿真模型,从受电弓、接触网两方面进行仿真计算,提出适合120 km/h地铁列车运营的受电弓和接触网参数。通过运营线路试验验证,取得良好效果。

刚性供电网条件下120km/h地铁受电弓弓网动态匹配问题

针对广州地铁3号线北延项目出现的受电弓燃弧问题,对多个项目的受电弓应用进行对比分析,找到出现燃弧的可能原因,并通过弓网仿真计算,提出受电弓的改进措施及建议,以保证刚性接触网条件下120 km/h地铁受电弓弓网动态受流稳定性。

高速铁路弓网离线电弧电磁辐射特性的试验研究

高速铁路系统电磁环境十分复杂,其中弓网离线电弧产生的电磁辐射是高速铁路系统最重要的电磁干扰源之一。利用高速弓网关系试验台开展了大电流、高速条件下的弓网离线放电模拟试验,测量了不同牵引电流及不同行车速度下放电辐射场的时域波形,经快速傅里叶变换后得到了离线放电电磁辐射的主要分布频段、分布疏密程度、典型频率值等特征,探讨了放电辐射特性随牵引电流和行车速度的变化规律及原因。研究表明:在大电流、高速条件下,弓网放电电磁辐射能量主要分布于0~100 MHz的频率范围,其中分布最密集频段为45~55 MHz,起弧电磁辐射强度大于熄弧电磁辐射强度;在100~700 A的牵引电流区间内,放电辐射场的幅值随电流增大而增大;相同牵引电流下,频域峰值对应的频率值随车速增大而逐渐变小。该研究结果为弓网电弧电磁辐射干扰的机理研究以及防护提供了试验数据和参考依据。

弓网动态熄弧装置研究

电力机车弓网接触的动态特性,是保证机车可靠运行的重要技术特征。机车高速运行时弓网间离线产生的电弧,对机车安全运行会造成一定的影响。文中对如何消除弓网间离线产生的电弧作了一些探讨,提出了熄弧的方法,并研究设计了熄弧装置,希望对机车的安全运行有所帮助。