考虑过渡函数的电气化铁路弓网离线电弧建模与验证分析

随着列车速度的提高,弓网离线电弧现象频繁发生,对列车的安全运行产生影响。因此有必要研究弓网电弧模型,分析其电气特性。在计及横向吹弧的Habedank电弧模型基础上,以电弧电流作为变量构建了过渡函数,较合理地实现了串联电弧模型的动态电阻分配。在MATLAB/Simulink仿真软件中,通过S-函数的编写实现了电弧模型的仿真,并将对得出的仿真波形与实验波形进行对比分析,验证了所搭建模型合理性。结果表明:列车速度增大,电弧电流不会随之增大,而是基本保持不变,但电弧电压却会随之增大,其中燃弧电压增大程度最大。

弓网离线电弧对CRH380BL型动车组速度传感器的电磁干扰机理及抑制

分析CRH380BL型动车组门控信号控制系统工作原理可知,在降弓时动车组的速度传感器会受到弓网离线电弧所产生的电磁干扰,从而导致动车组车门非正常闭锁。现场测试结果表明：弓网离线电弧所产生电磁波的频率在10MHz以下时,辐射能量较多,电磁干扰主要集中在该频段;当频率在10~30MHz时,辐射在频谱上表现为窄带尖峰,且具有较强的随机性。弓网离线电弧干扰动车组速度传感器的机理为：电弧所产生的电磁辐射在速度传感器的编织型同轴电缆表面产生共模电流,使得地电位升高,从而干扰了速度传感器的正常工作。为此,提出并试验在速度传感器的电缆屏蔽层上嵌套磁环,以吸收电磁辐射的高频能量,抑制速度传感器受到的辐射干扰。试验结果表明：嵌套磁环后,车门非正常闭锁的问题得到有效解决;弓网离线电弧产生的电磁波频率在10 MHz以下时,磁环能够使速度传感器受到的电磁干扰峰值下降,最大达10dB;在10~30MHz时,辐射窄带尖峰明显被抑制。

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。

钢筋混凝土对地铁弓网离线电弧屏蔽效能的研究

为了研究地铁站钢筋混凝土层对地铁弓网离线电弧的屏蔽效能,基于有限积分法（Finite Integration Technique,FIT）计算并分析了钢筋混凝土对平面波的屏蔽效能;讨论了不同混凝土结构对屏蔽效能的影响因素;实测得到了某地铁站的屏蔽效能.研究结果表明：素混凝土对电磁波的屏蔽效能具有一定的周期性,增加厚度对高频段的屏蔽效能影响不大;钢筋网的屏蔽效能在0.1～0.8GHz频带范围内大于30dB;双层钢筋混凝土在0.1～1.3GHz频带范围内的屏蔽效能大于40dB;实测屏蔽效能在整体上跟数值计算结果吻合得较好,验证了本文方法计算钢筋混凝土对地铁弓网离线电弧屏蔽效能的正确性.

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。

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。

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。

弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响

随着列车运行速度的提高,弓网离线及离线电弧的发生率大幅上升,对牵引传动系统电气特性的影响日益显著,因此有必要研究弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响。为此,考虑了离线电弧的演化过程,建立了牵引传动系统仿真模型;研究了不同弓网离线时间下弓网离线对牵引传动系统电压特性的影响,并分析了离线过程中不同阶段的电压谐波情况。研究结果表明：弓网离线时间较长且在电弧熄灭的情况下,弓网离线对牵引传动系统电气特性的影响最严重;从电压方面来看,弓网离线时间为300 ms的工况下,熄弧后车载变压器高压侧出现的过电压值为47.5 k V,牵引变流器直流侧电压快速降为零,在离线恢复时产生的过电压值可达到6.4 k V,会对其中的电力电子器件产生严重冲击;从波形畸变程度来看,车载变压器高压侧电压的总谐波畸变率（total harmonic distortion,简称为THD,符号为λTHD）随着时间的延长而增大,畸变的电压输入牵引变流器,增加了其控制难度,恶化了变流质量。综上所述,弓网离线时间越长,弓网离线对牵引传动系统交直流侧电压的影响就越大,进而威胁到牵引传动系统电气设备的安全稳定运行。

基于状态空间分析法的高铁牵引网弓网燃弧电磁暂态影响

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,提出采用状态空间分析法对计及弓网燃弧的牵引网多工况的电磁暂态影响进行建模研究。以列车正常运行发生弓网第一次燃弧为例,详细对牵引网分布参数模型、非线性状态方程建立、离散化求解算法流程进行分析;通过求解得到不同负载特性下的电弧电压、电流特性波形验证了模型及该方法求解的正确性;基于状态空间分析法,实例研究弓网多次燃弧、熄弧情况下,列车高速运行和过分相2种常见工况的受电弓弓头电压变化,并提出相应抑制方案。研究结果表明:高速铁路多次燃弧是造成列车电压畸变及暂态过电压的重要因素,所采用的状态空间分析法可有效分析高铁弓网非线性电弧的影响。

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。

高铁过电压对车载牵引供电系统的影响机理及抑制方法:系统性综述

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临的重要技术挑战。详细调研了过电压导致牵引供电系统出现的典型故障,归纳了高速列车中过电压的种类及相关特性,目前主流的牵引供电方式包括采用带回流线的直接供电方式与自耦变压器(automatic transformer,AT)供电方式,均是单相交流供电制式。为了保障三相负荷平衡,防止系统中负序电流的产生,传输异相电流的相邻供电臂间通过绝缘分相区进行隔离。列车在驶过分相区时需要操作车载真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB),分合闸过程中会产生剧烈的过电压冲击;此外,“弓-网”离线电弧及“轮-轨”滚动电弧频发,也伴随着过电压。通过调研目前已构建的牵引供电系统过电压特性仿真模型,探究了过电压的产生机理及传播规律;梳理了影响过电压特性的关键因素及抑制措施;明确了未来的研究重点,即“弓-网”及“轮-轨”燃弧过电压产生的机理和影响;“多车共臂”及“多车重联”工况下过电压的传播规律;展望了“源头-路径-终端”三位一体的过电压抑制方法。

高铁弓网电弧对飞机进近着陆的电磁干扰影响

为了研究高铁弓网离线电弧对飞机进近着陆的电磁干扰(EMI)影响,选取高速铁路弓网离线现象发生频繁的电分相处,对高速铁路列车发生弓网离线电弧时的电磁辐射强度进行了实际测试。根据电波传播理论和GB 6364—2013的相关要求,数值计算得到了高铁下穿角、电分相位置以及飞机着陆高度对机载接收信号的影响规律:机载接收信号信干比(SIR)随着高铁下穿角增大逐渐增大;电分相距离机场跑道口越近机载接收信号的信干比越小;随着飞机进近着陆高度的减小,机载接收信号信干比先减小后增大。以高速铁路45°角下穿机场跑道中心时,以飞机受干扰最强的位置分析了弓网离线电弧电磁干扰对仪表着陆系统(ILS)信标台的影响:飞机接收到的航向信标台信号信干比为12.92dB,小于GB 6364—2013规定最小20dB的防护率要求;下滑信标台信号信干比为29.08dB,符合国标要求;指点信标台信号信干比为16.64dB,小于国标规定的最低23dB的防护率要求。本文研究为民航与高速铁路的电磁兼容性研究提供了理论依据和技术方法,可以为机场选址和高速铁路选线规划提供支持。

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。