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高电压技术 2022年第4期48卷 1542-1552页

作者：周福林陈明辉熊进飞马孟阳西南交通大学电气工程学院成都610031

牵引网发生短路故障时,短路大电流会引起列车车体电位和车体回流显著增大,进而对人身安全和车载电气设备正常工作造成威胁。为准确掌握短路工况下车体电位和车体回流的分布大小,需考虑牵引网与列车接地回路间的感性耦合。为此结合牵引... 详细信息

牵引网发生短路故障时,短路大电流会引起列车车体电位和车体回流显著增大,进而对人身安全和车载电气设备正常工作造成威胁。为准确掌握短路工况下车体电位和车体回流的分布大小,需考虑牵引网与列车接地回路间的感性耦合。为此结合牵引供电系统分析和工程电磁场理论,推导了接地回路中传导电流及感应电流的相量表达式,从理论上证明了考虑感性耦合会增大车体电位及车体回流。利用建立的车–网–地耦合模型,进行仿真计算并与实测数据对比,得出:考虑感性耦合下的车体对轴端电位差仿真值比实测值小1.04 V,误差为8.9%;不考虑感性耦合下的仿真值比实测值小6.30V,误差为54.0%,验证了理论分析的正确性。最后利用考虑感性耦合的仿真模型进行车体电位及车体回流分布特性的研究,结果表明:车体对轴端电位差主要受短路点位置和列车位置的影响;车体对地电位主要受钢轨泄漏电阻的影响;车体回流主要受车体对轴端等效电阻的影响。

关键词：牵引网短路车体电位车体回流感性耦合车–网–地耦合模型

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短路冲击下的车网电气分布特性及优化研究

短路冲击下的车网电气分布特性及优化研究

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作者：陈明辉西南交通大学

学位级别：硕士

牵引网发生短路故障后,变电所内的馈线保护需经一定的延迟时间才切除故障。而在故障期间,短路电流将在车、网系统中均产生一系列的过电压及过电流问题,如:牵引网各导体（接触线、回流线和钢轨等）电流急剧上升,短路电流注入到钢轨使钢... 详细信息

牵引网发生短路故障后,变电所内的馈线保护需经一定的延迟时间才切除故障。而在故障期间,短路电流将在车、网系统中均产生一系列的过电压及过电流问题,如:牵引网各导体（接触线、回流线和钢轨等）电流急剧上升,短路电流注入到钢轨使钢轨电位过高、钢轨上的短路电流经保护接地流入车体并产生车体过电压及列车接地系统过电流。本文围绕这些电气问题,开展了短路冲击下牵引网各导体电流、钢轨电位、车体电位及车体回流理论推导、分布特性、影响因素及抑制措施的研究,研究结果对保证铁路运行安全及设备可靠工作具有重要意义。首先,本文给出了T-R短路时牵引供电系统短路阻抗及牵引网各导体电流分布大小的表达式,基于求得的牵引网各导体电流分布大小,接着对短路故障下的钢轨电位、空间工频磁场、列车车体电位和车体回流的表达式进行求解分析。其中,在推导钢轨电位表达式时考虑了导线间互感及吸上线分流的影响;推导车体电位及车体回流的表达式时,计及车网间感性耦合的影响可使计算结果更加准确,以CRH3型列车接地方式为例,推导了车体传导电流及感应电流的相量表达式,通过对两者间的相位关系分析,得出考虑车网间感性耦合会起到抬升车体电位及车体回流的重要结论。其次,根据牵引网、列车接地系统及大地之间的电气耦合关系,构建了“车-网-地”耦合仿真模型,利用仿真进行计算并与实测数据对比,得出考虑车网间感性耦合时车体对钢轨电位差的仿真值比实测值小1.04V,误差为8.9%,不考虑感性耦合时的仿真值比实测值小6.30V,误差为54.0%,验证了理论分析的正确性且表明考虑感性耦合下的仿真结果会与实测值更吻合。因此在仿真模型准确的基础上,开展了短路时钢轨电位、车体电位及车体回流分布特性的研究,并依次分析了牵引网供电方式、钢轨泄漏电阻对钢轨电位的影响,车体对轴端等效阻抗、短路点位置、列车位置及钢轨泄漏电阻对车体电位、车体回流的影响。最后,利用仿真模型开展了短路时钢轨电位、车体电位及车体回流抑制方案的研究。钢轨电位方面:分析了上下行钢轨横连、增加综合接地线及上下行钢轨横连+综合接地线这3种方案分别对钢轨电位的抑制效果;车体电位及车体回流方面:由于列车原保护接地方案存在端车车体对钢轨电位差偏大的弊端,分析了直接接地、串联电阻接地和不对称接地这3种新方案抑制车体电位及车体回流的优劣性。

关键词：牵引网短路短路阻抗钢轨电位车体电位车体回流感性耦合车-网-地耦合模型

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