高速铁路电力贯通线负荷需要系数设计标准研究

作     者：王海飞 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李达义

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 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 电力贯通线负荷 需要系数 核密度估计 负荷特性 变压器过载 

摘      要：随着高速铁路的快速发展,电力贯通线负荷逐渐增加。由于设计规范并未对电力贯通线负荷中通信、信号、信息等负荷的需要系数进行明确规定,各设计院也没有统一的计算方法,所以在铁路供电系统的规划设计时,负荷的需要系数取值往往偏大,造成实际设计的调压器容量偏大、贯通线截面与理论值相差很大,产生变压器利用率低的现象,造成额外的投资成本和电能损失。本研究针对这些存在的问题,为了制订更为准确的电力贯通线负荷需要系数设计标准,对电力贯通线负荷深入研究分析,提出了一种基于核密度估计算法的需要系数设计取值方法。本文建立了电力贯通线负荷的数学模型,基于对电力贯通线各类负荷的调研分析、负荷特点以及工作原理,进行数学建模,对隧道照明负荷中的白炽灯和荧光灯分别建立了指数式和多项式数学模型。对信号负荷中的道岔转辙机建立了感应电动机的动态数学模型。本文提出了一种适用于电力贯通线负荷的核密度估计改进型算法,详细阐述了核密度估计算法的原理,通过比对分析选取不同核函数,算法对电力贯通线负荷的分析效果,确定出最适用于该负荷的核函数,针对不同种类负荷,选择不同的窗宽,分别进行负荷特征的算法分析和需要系数取值分析。本文结合电力贯通线负荷的调研情况以及各类负荷的运行工况、设备组成、负荷特点等,进行需要系数的理论分析计算,并得出理论取值。然后利用核密度估计改进型算法,对负荷特性进行详细的算法分析,得到各类负荷需要系数在不同区间内的分布概率,结合核密度估计曲线,求出负荷需要系数推荐值,并于理论计算值进行对比分析,验证该取值方法的准确性性。本文研究了变压器的过载能力,对于油浸式变压器,搭建了热点温度数学模型,建立起热点温度与过载倍数和过载时间的关系。对于干式变压器,利用ANSYS仿真软件,建立10k V干式变压器Maxwell磁场模型,结合热点温度模型,得到干式变压器的过载能力分析。