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机车车辆用避雷器在高次谐波过电压下的工作特性研究

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机车车辆用避雷器在高次谐波过电压下的工作特性研究

作者：张子豪北京交通大学

学位级别：硕士

铁路运输是我国主要的交通运输手段,随着路网规模的壮大、列车运行速度的提高,对电气化铁路运行安全性的要求也在不断提高。在车顶安装避雷器能够有效的限制过电压幅值,可以为电力机车和动车组高压电气设备提供重要的安全保障。而氧化... 详细信息

铁路运输是我国主要的交通运输手段,随着路网规模的壮大、列车运行速度的提高,对电气化铁路运行安全性的要求也在不断提高。在车顶安装避雷器能够有效的限制过电压幅值,可以为电力机车和动车组高压电气设备提供重要的安全保障。而氧化锌避雷器因其优异的非线性伏安特性以及冲击能量吸收特性,被广泛的应用于电气化铁路,包括在地面牵引供电系统和机车车辆高压电气系统中的应用。近年来随着交流传动大功率电力机车和动车组的广泛运用,车网高次谐波谐振时有发生,造成一系列车顶避雷器烧损、炸裂事故,对铁路系统的安全稳定运行造成影响。本文从车顶避雷器需要承受牵引网高频谐波过电压这一特点出发,通过试验手段探明了氧化锌阀片在过电压作用下的非线性工作特性,基于热平衡分析揭示了车顶避雷器在持续谐振过电压下的故障机理。首先简要介绍避雷器的基本工作原理、类型及典型故障。通过实际案例分析了车网高次谐波谐振工况下避雷器需要承受的谐波过电压数值特征。依据氧化锌阀片在预击穿区、击穿区、回升区三个区域的伏安特性,分析了车顶避雷器在牵引网下的工作状态。初步推断谐振时叠加高次谐波之后的牵引网网压幅值过高,会使氧化锌阀片进入非线性工作区,若谐振状态持续而车上或地面保护未及时动作,则避雷器可能因持续发热而导致热崩溃。并给出了避雷器在非线性区工作特性的表征方法和氧化锌阀片损耗特性的数学模型。然后建立可模拟牵引网基波电压与高次谐波电压叠加工况的试验平台,对车顶避雷器氧化锌阀片开展了一系列试验研究。对直径62mm阀片分别施加基波和不同频率的谐波电压,试验结果表明:电压幅值较低时,对任一频率阀片伏安特性均呈线性,在此区段阀片容性电流占主导,电压幅值相等时泄漏电流大小与电压频率也保持线性关系;电压幅值超过3250V以后,对任一频率,阀片伏安特性均呈非线性变化,泄漏电流快速增大,这是因为随着电压幅值上升,阀片承受电场强度增大导致等效电导增大,因此伏安特性的拐点取决于电压幅值而不是频率。进一步分析阻性泄漏电流及等效电阻值发现:在电压幅值较低时,阻性泄漏电流随频率升高而增大,等效电阻值也与频率大小正相关,这是因为当电压较低时,阻性电流中极化支路(与频率相关)的阻性电流占主导;当电压大于3500V以后,对所有频率,阻性泄漏电流趋于接近,而等效电阻值基本相同,这是因为随着电压幅值上升,阀片电导增大,电导支路的阻性电流占据主导了。对4种不同型号阀片进行对比试验,结果表明阀片表面积越大、厚度越厚的阀片伏安特性拐点电压越高。考虑温升和老化影响的试验结果表明,温升对阀片谐波特性有一定影响,而加速热老化后阀片谐波特性几乎不变。模拟牵引网谐振时网压工况,将基波与高次谐波电压叠加后施加于避雷器阀片,试验结果表明:保持基波电压不变,随着叠加的谐波电压升高,基波频率的阻性泄漏电流会逐渐增大,基波电压造成的损耗明显增大;保持基波和谐波有效值不变,仅改变谐波相位,从而使波形改变,随着波形峰值提高,各频率下的等效电阻均减小而泄漏电流均增大。基于试验所得有功功率数据进行热平衡分析,在极端谐波过电压下阀片可能迅速达到热平衡极限;将试验电压换算成牵引网电压,避雷器最短耐受时间为7min。最后根据车顶避雷器几何参数、材料特性,建立三维仿真模型,分别对牵引网27.5k V工频电压和叠加高次谐波成分以后的畸变的牵引网网压作用下的避雷器进行了电热联合仿真,获得了电场和温度场的分布特性。

关键词：电气化铁路机车车辆氧化锌避雷器氧化锌阀片泄漏电流高次谐波过电压加速老化试验热平衡分析

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机车车辆噪声计电流标准及实车测试分析

铁道机车车辆 2022年第1期42卷 85-89页

作者：余俊苏发明黄金陈焕玉李强动车组和机车牵引与控制国家重点实验室北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

谐波电流可对电话线产生噪声干扰。文中全面分析了等效干扰电流和噪声计电流的参考标准,对比试验设备、测点以及噪声加权系数分布之间的差异,然后将不同速度等级动车组和电力机车等效干扰电流测试数据进行分析,并绘制不同功率等级下的J_... 详细信息

谐波电流可对电话线产生噪声干扰。文中全面分析了等效干扰电流和噪声计电流的参考标准,对比试验设备、测点以及噪声加权系数分布之间的差异,然后将不同速度等级动车组和电力机车等效干扰电流测试数据进行分析,并绘制不同功率等级下的J_(p)值曲线,最后针对同一列地铁列车的加速运行数据分别计算J_(p)和I_(pso)值,数据分析表明J_(p)值大于I_(pso)值,变化趋势一致。

关键词：噪声计电流等效干扰电流机车车辆

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机车车辆设备振动试验标准与实测数据的分析

机械工程学报 2016年第22期52卷 129-137页

作者：丁杰张平王鹏湘潭大学土木工程与力学学院湘潭411105 南车株洲电力机车研究所有限公司株洲412001

对IEC61373标准1999版和2010版进行了对比分析,发现新旧两版标准的功能性随机振动试验的严酷等级并未发生变化,提高随机振动量级模拟长寿命试验的严酷等级则存在大幅度的下降,主要在于加速比的计算方法发生了变化。为比较我国铁路线路... 详细信息

对IEC61373标准1999版和2010版进行了对比分析,发现新旧两版标准的功能性随机振动试验的严酷等级并未发生变化,提高随机振动量级模拟长寿命试验的严酷等级则存在大幅度的下降,主要在于加速比的计算方法发生了变化。为比较我国铁路线路及车辆的实测数据与IEC61373标准的差异,实测了HXD1C电力机车在路况较差的兰新线和路况较好的京广线株洲-广州段的加速度-时间历程数据,数据处理及分析结果表明我国实测振动数据的振动量级、标准偏差比较大,数据较为离散。采用IEC61373标准与实测功能性随机振动加速度谱密度(Acceleration spectral density,ASD)作为激励,对HXD1C电力机车牵引变流器进行随机振动仿真分析,垂向、横向和纵向实测谱的最大1?应力分别高出标准谱2.4%、9.0%和22.8%,结果表明典型设备在实测谱激励下的1?应力总体大于标准谱激励下的1?应力。

关键词： IEC61373 机车车辆随机振动加速度谱密度数据处理

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机车车辆被动安全性研究综述

铁道学报 2017年第5期39卷 22-32页

作者：朱涛肖守讷杨超阳光武杨冰王明猛西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

对机车车辆被动安全性研究近几十年的发展进行全面的综述。从机车车辆被动安全性动力学理论,有限元数值模拟分析,多体动力学仿真分析,以及试验分析等4个方面系统梳理和综述近30年来轨道列车被动安全性研究成果,指出4种研究方法的特点和... 详细信息

对机车车辆被动安全性研究近几十年的发展进行全面的综述。从机车车辆被动安全性动力学理论,有限元数值模拟分析,多体动力学仿真分析,以及试验分析等4个方面系统梳理和综述近30年来轨道列车被动安全性研究成果,指出4种研究方法的特点和适用范围,评述和总结各自典型的研究方法和最新的研究进展,并对方法存在的问题和未来需要解决的难题进行评述和探讨。最后,根据4种研究方法各自的发展现状和研究中存在的问题,指出轨道列车被动安全性研究的发展方向,特别是针对我国目前在列车碰撞试验方面的空白,提出其研究的可行性和必要性。

关键词：机车车辆被动安全性碰撞动力学有限元分析多体动力学碰撞试验

机车车辆运动稳定性动态检测的时变阻尼比方法

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机械工程学报 2015年第6期51卷 109-117页

作者：丁建明林建辉赵洁尹燕莉西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆400074

为了研究在途检测车辆运行的动态稳定性问题,在分析机车车辆动力学响应特点的基础上,基于响应信号的非平稳特征提出一种动态检测车辆运动稳定性的时变阻尼比的新方法。该方法的核心是对横向振动加速进行改进经验模式分解,得到信号的基... 详细信息

为了研究在途检测车辆运行的动态稳定性问题,在分析机车车辆动力学响应特点的基础上,基于响应信号的非平稳特征提出一种动态检测车辆运动稳定性的时变阻尼比的新方法。该方法的核心是对横向振动加速进行改进经验模式分解,得到信号的基本模式分量。分别对信号的基本模式分量进行归一化希尔伯特变换得到模式分量对应的瞬时频率和瞬时幅值,应用瞬时幅值和瞬时频率计算该模式下信号的时变阻尼比。由时变阻尼比的正负来判断车辆的运行稳定性,正的时变阻尼比表明车辆运行稳定,零或负时频阻尼比表明车辆运行失稳,负的时频阻尼比的绝对值大小表明了车辆失稳的严重程度。通过仿真算例和线路实测信号对该方法进行理论和试验验证,结果表明该方法能够从响应信号中准确、有效地捕捉系统稳定性的动态时变特征,为机车车辆运动稳定性的在途监测提供有效方法。

关键词：机车车辆运动稳定性改进经验模式分解瞬时频率瞬时幅值时变阻尼比动态检测

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机车车辆车外噪声限值对比分析

铁道技术监督 2023年第2期51卷 13-18页

作者：蔡延年李忞倪忠强中车大连机车车辆有限公司辽宁大连116026

为明确不同类型机车车辆的车外噪声控制目标,分析总结国际铁路联盟标准、欧盟铁路互通性技术规范,以及我国铁道和城轨行业标准,对不同条件下车外噪声限值的要求。对比不同车外辐射噪声标准的限值情况,分析起动、静置与通过3种运用状态... 详细信息

为明确不同类型机车车辆的车外噪声控制目标,分析总结国际铁路联盟标准、欧盟铁路互通性技术规范,以及我国铁道和城轨行业标准,对不同条件下车外噪声限值的要求。对比不同车外辐射噪声标准的限值情况,分析起动、静置与通过3种运用状态下辐射噪声的具体要求,并有针对性地提出相关建议,为提高我国机车车辆装备辐射噪声控制水平提供参考。

关键词：机车车辆车外噪声起动噪声静置噪声通过噪声技术标准技术规范

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机车车辆断面轮廓柔性检测系统设计

铁道技术监督 2022年第4期50卷 25-30页

作者：石春珉姜伟姜君黄永刚王克俊中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所北京100081

为解决机车车辆断面轮廓检测人工成本高、耗时长、测量准确度低等问题,借助视觉传感器,设计开发一种机车车辆断面轮廓柔性检测系统。该系统通过激光跟踪仪与高精度靶标,建立系统内部各传感器之间及轨道坐标系与系统之间位置关系,实现系... 详细信息

为解决机车车辆断面轮廓检测人工成本高、耗时长、测量准确度低等问题,借助视觉传感器,设计开发一种机车车辆断面轮廓柔性检测系统。该系统通过激光跟踪仪与高精度靶标,建立系统内部各传感器之间及轨道坐标系与系统之间位置关系,实现系统标定,保障系统测量准确度。试验验证表明,该系统测量准确度小于1 mm,满足检测需求,可实现机车车辆断面轮廓的自动测量。

关键词：机车车辆断面轮廓视觉传感器柔性检测

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机车车辆生产焊接工艺分析

中国科技期刊数据库工业A 2024年第2期 0179-0182页

作者：李灿钦叶文柳州柳工叉车有限公司广西柳州545000

随着交通运输行业的快速发展,机车车辆的应用更加广泛,其使用和生产需求日益提升。焊接作为机车车辆生产制造的重要工艺,其质量直接影响机车车辆的结构强度、耐久性和可靠性。本文结合焊接工艺在机车生产过程中的作用及工艺概述,分析机... 详细信息

随着交通运输行业的快速发展,机车车辆的应用更加广泛,其使用和生产需求日益提升。焊接作为机车车辆生产制造的重要工艺,其质量直接影响机车车辆的结构强度、耐久性和可靠性。本文结合焊接工艺在机车生产过程中的作用及工艺概述,分析机车车辆焊接工艺中常见的缺陷,探讨机车车辆焊接工艺的优化策略,旨在为有关人士提供有益借鉴和参考。

关键词：机车车辆生产线焊接技术焊接质量管理

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越南铁路及机车车辆的现状及展望

铁道标准设计 2024年

作者：樊子暄丁军君 CHIEN V T 吕涵李芾西南交通大学机械工程学院交通与运输大学机械工程学院

随着“一带一路”倡议的不断推进，中国与东南亚国家在铁路技术方面的联系越发密切。本文对越南铁路线路和机车车辆的技术指标、面临的挑战进行了介绍和思考。历经140余年的发展，越南铁路形成了以七条干线为主，总长约3?200?km的铁路... 详细信息

随着“一带一路”倡议的不断推进，中国与东南亚国家在铁路技术方面的联系越发密切。本文对越南铁路线路和机车车辆的技术指标、面临的挑战进行了介绍和思考。历经140余年的发展，越南铁路形成了以七条干线为主，总长约3?200?km的铁路网，其中共有2?500?km米轨线路、500?km准轨线路及200?km混合轨线路。目前共有383?辆机车以及6?094?辆各式车辆，其中机车大部分依靠进口，少量为本土生产，车辆绝大部分为本土生产。越南铁路技术标准与中国铁路标准相近，铁路系统较为完善，但由于长久以来缺乏足够重视及专业维护，导致越南铁路普遍存在钢轨磨损严重、线路条件较差、曲线过多、轮对磨耗严重等问题，制约了越南铁路的发展。越南交通部最新的发展规划中将有2?400?000?亿越南盾的新铁路项目，包括对2?440?km既有铁路线路的维护及新规划的9?条线路建设，将使越南铁路产生巨大变化。中越铁路连接已有百年历史，有良好的合作基础，在“一带一路”迅速发展的当下，应充分关注中越铁路轨距不同、运营环境不同等问题，进一步加强中越双方在铁路技术、机车车辆、铁路标准方面的合作，为中越铁路的建设与发展提供强而有力的支持。

关键词：越南铁路米轨铁路机车车辆线路条件线路标准发展规划