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。

列车带载过分相下车体过电压仿真研究

在列车供电分相的优化中,动车组带载过分相(地面开关式自动电分相)时真空负荷开关的切换造成车体产生不稳定的暂态过电压现象,严重影响列车的安全运行。针对上述问题,首先分析了列车过中性段时的车体过电压产生机理;然后,在MATLAB/Simulink平台上搭建了列车带载过分相时的车-网耦合等效电路模型,电路引入Habedank黑盒电弧模型以模拟真空负荷开关切换产生的电弧;通过理论和仿真分析得到并对比了负荷开关分合闸下车体电压的波形及切换相位角对过电压的影响规律;最后从动车组车体和电分相优化的角度提出了车体过电压的具体抑制措施,经过对大量仿真波形的分析表明上述的抑制措施能有效解决车体暂态过电压问题,对列车的安全运行有一定指导意义。

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。

磁浮列车雷击车体过电压特性及抑制方法研究

磁浮列车高速运行时与轨道没有直接接触,并且车体上方没有类似接触网一类的防雷设施。当列车在高架空旷地带行驶时,容易遭受雷电的直接侵袭,并在车体上产生雷击过电压,影响列车运行安全,因此有必要研究雷击磁浮列车引起的车体过电压特性及其抑制方法。基于磁浮列车接地系统结构,建立雷击磁浮引起车体过电压的集总参数电路仿真模型,分析得到车体过电压大小与分布规律:雷击磁浮列车引起的车体过电压瞬态峰值达到31.5 kV,距离雷击点越远车厢的过电压峰值呈降低趋势,但尾车过电压峰值出现抬升;通过改进导向电磁铁的结构使其与轨道之间存在尖端效应,能够显著降低车体对地电压。

车体过电压对动车组轴端速度传感器的影响机理

针对动车组在运行过程中因速度传感器被干扰导致车门无法开启的故障,分析了速度传感器发生电磁干扰的原因,建立和验证了速度传感器的电磁耦合仿真模型,采用仿真模型研究了车体浪涌过电压幅值、信号传输电缆长度及屏蔽层串联电容对速度传感器电磁干扰的影响。研究结果表明,速度传感器的电磁干扰与车体浪涌过电压幅值、信号传输电缆长度和屏蔽层串联电容成正相关,其中车体浪涌过电压幅值的变化对速度传感器产生的电磁干扰影响最大。研究结论为速度传感器的电磁干扰深化研究提供了参考依据。

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。

高速动车组断路器操作过电压在车体的传播特性与影响机制

高速铁路采用单相分段供电方式,为了防止带载过分相问题,在过分相过程中列车会频繁开关断路器,这将导致频繁的操作过电压冲击。该过电压一方面会造成车顶高压设备绝缘老化甚至击穿,另一方面该过电压会耦合到车体上,影响车载弱电设备正常工作。为分析断路器操作过电压在车体的传播特性,首先基于某试验动车组实际电气结构,构建高速列车操作过电压等效电路模型,在此基础上分析了操作过电压的产生机理和分布特性;进一步仿真分析了变压器励磁电感、高压电缆、接地电阻器对车体过电压的影响机制。结果表明：车体上操作过电压的峰值达到5.12 k V,并在7？s内迅速衰减到几百伏;变压器励磁电感越大,车体过电压越小;高压电缆单位电容为0.1 n F时,不同车体过电压幅值较小且分布均匀;接地电阻器寄生电感值越大,车体过电压越大。该研究为抑制车体过电压提供了参考。

接地方式对高速动车组车体雷电过电压影响研究

建立了雷电流波形、动车组车载避雷器,以及车体电阻电感等效电路模型,研究了动车组车体车顶与车底之间、车底与轴端之间雷电过电压分布规律;根据过电压产生机理提出了一种新的接地系统设计方式,并分析了新接地方式下,车体雷电过电压的变化特点。研究结果表明,动车组车体雷电过电压波形呈震荡衰减变化趋势,车顶-车底之间车体雷电过电压要大于车底-轴端之间雷电过电压。新接地系统对车底-轴端之间雷电过电压的影响较大,其过电压幅值最大衰减幅度达到其原值的27%。

动车组自动断电过分相车体瞬态过电压优化研究

高速动车组车载自动断电过分相时,瞬态电压会通过车顶高压电缆缆芯与屏蔽层间的耦合注入各节车体,合理的保护接地方式可快速泄放车体瞬态电压,保证各车体电位相等。基于此,介绍了动车组过分相的暂态过程,运用MATLAB/Simulink建立了各暂态过程的等效电路模型,经过仿真分析接地电感与电容对车体瞬态电压的影响规律,提出了并联电容器的保护接地方案,对动车组高效运行具有一定参考价值与指导意义。

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。

动车组过分相的车体最佳接地技术分析

高速动车组车体接地系统是分相过电压的泄放通道,合理的接地技术能有效抑制车体过电压。针对此问题,划分并分析了动车组过车载自动电分相时的各暂态过程,构建了过分相时暂态过电压电流流向的框架。基于动车组车体的实际结构,利用Matlab/Simulink对8编组CRH2A型动车组过分相的其中2个暂态过程搭建了车-网耦合等效电路模型。仿真模型巧妙地将高速铁路过分相、车顶高压贯通电缆和车体接地系统结合在一起,通过仿真对比得到了接地技术对车体过电压的影响规律,结合正常工况下车体电流随车体接地技术的变化特征,就动车组过分相时的最佳接地技术提出了相应的建议。

动车组车顶高压电缆金属护层感应电压仿真与分析

高速动车组高压电缆金属护层在各车体同车顶单端连接是引起动车组升弓瞬间车体浪涌过电压的重要原因。为了掌握现有连接方式下此感应电压的特点,文中以CRH2型车为例,利用PSCAD/EMTDC软件建立包括接触网电源、高压电缆、车体及接地系统的等效模型。仿真研究升弓瞬间高压电缆金属护层感应电压传播过程,探究电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位对感应电压的影响。结果表明:升弓时电缆芯线电压可达60～70 kV,振荡持续时间在0.2 ms左右,振荡频率一般在60～80 kHz;金属护层感应电压幅值在不同车体之间沿电缆向前传播过程中逐渐减小;金属护层与车顶之间的电压差受电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位的影响较大。以上研究结果对合理设计高压电缆金属护层连接方式具有指导意义。