高铁贯通地线特性及对牵引电流分布影响研究

作     者：宋帅 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨世武

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速铁路 贯通地线 综合接地 牵引电流 建模仿真 

摘      要：近年来,我国电气化铁路飞速发展,特别在高速铁路中得到应用。然而,高速铁路与既有线路相比,牵引网载流量更大,会造成钢轨电位升高及牵引回流增大。国内借鉴欧洲的综合接地方式,但对于牵引供电和信号系统尚未进行较为完整的综合仿真,特别是对特定条件下牵引电流的分配问题和主要影响因素仍然缺乏全面的分析。因此,本文重点对高铁牵引回流环节中的重要部件——贯通地线截面积、材质等特性及对牵引电流分布影响进行研究。本论文主要工作包括以下四个方面:第一,结合高速铁路牵引供电系统的主要设计参数及相关理论公式,计算出高铁牵引网导线的自阻抗及互阻抗,提供仿真模型的基础参数。第二,通过建立牵引网的链式数学模型,计算出牵引网各线路的导纳矩阵。继而推导出AT供电系统电压电流的连续数学模型,以及节点电压方程的数学模型,完成参数可变的单线AT供电系统模型的建立。通过数据对比,验证出系统节点数学模型的准确性与适用性。第三,重点针对贯通地线参数对于钢轨电流及电位的影响,进行较为深入的分析研究。分别在不同贯通地线线径的条件下,通过仿真计算得出各回流路径中牵引回流的大小分配比例,并对钢轨电位的影响给出具体分析。最后,引入时间参数追踪间隔和速度等级来分析贯通地线对牵引回流系统电流分布的影响,通过现有的时速250km与350km的高速列车来进一步推导预测时速400km特性,并分析线径大小、材质等对贯通地线泄流的影响。论文基本结论是:机车总电流中保护线、贯通地线电流所占比例会随着贯通地线线径的增加而增大,而钢轨电流所占比例会随着贯通地线线径的增加而减小;钢轨、保护线与贯通地线等线路中的电位则均会随着贯通地线线径的增加而减小。在不同线径、不同道砟电阻的条件下,横连处贯通地线电流占总电流中的分配比例最大。论文还给出了特定条件下的仿真和预测数据,论文工作对优化贯通地线选型和设计,降低工程成本,以及降低钢轨电位,保障人员和设备安全,具有一定参考作用。