地磁暴对相敏轨道电路影响研究

作     者：张浩 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：宗伟

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：地磁暴 相敏轨道电路 电磁特性 地磁感应电流 

摘      要：轨道电路是铁路线路信号系统的重要组成部分,信号系统核心由众多微电子元件构成,属于弱电设备,易受外界电磁环境变换的影响。地磁暴是太阳剧烈活动引发的地磁场的剧烈变动。地磁暴发生造成轨道电路非正常工作的现象已有报道,但尚不深入。研究地磁暴这种电磁干扰对轨道电路的影响是关系到列车运行安全的重大问题,对保障行车安全、认识空间天气具有重要意义。本文借助电力网络中地磁感应电流(GIC)的计算方法、测量数据等研究成果,并结合轨道电路的工作原理,首先探究了地磁暴以GIC形式入侵轨道电路的机理,分析了轨道电路中GIC的流动路径,并估算了钢轨中不平衡GIC的水平。其次,利用安装在长珲城际铁路延吉西高铁牵引站的GIC监测装置,采集整理了2016年9月2日—4日中等规模地磁暴期间的监测数据,并将同时段长春朝阳地磁台所记录的地磁暴数据加以对比统计和相关性分析,分析结果表明轨道电路中GIC的流动与地磁暴的发生有关。再次,根据扼流变压器的实际技术参数,利用Maxwell软件建立了扼流变压器的三维立体模型,对其电磁特性进行仿真计算,得到不同大小不平衡GIC影响下扼流变压器的励磁电流、铁芯损耗和磁链等一系列电磁特性图形,证明不平衡GIC的侵入会使扼流变压器内部出现严重变化。然后,结合扼流变压器等效电路和轨道继电器的工作特性,利用Matlab软件搭建了不平衡GIC入侵相敏轨道电路的仿真模型。仿真结果表明:1.5A的不平衡GIC就能使扼流变压器偏磁饱和,并引起轨道继电器两端电压波形发生畸变和有效值降低,使其低于释放电压,造成轨道继电器下落,发生信号灯错误指示的事故。最后,介绍了几种防治轨道电路GIC的方法,以此限制不平衡GIC的传输,削弱地磁暴对相敏轨道电路的影响。