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高速动车组接地方式对接地回流分布的影响研究

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高速动车组接地方式对接地回流分布的影响研究

作者：刘耀银西南交通大学

学位级别：硕士

高速铁路因具有速度快、安全舒适、载重量大、环保等诸多优点在世界各国得到了迅猛的发展。高速动车组作为高速铁路系统的核心部分与高铁的安全运营息息相关。近些年来,随着我国动车组速度的不断提升,牵引电流的逐渐增大,由于动车组接... 详细信息

高速铁路因具有速度快、安全舒适、载重量大、环保等诸多优点在世界各国得到了迅猛的发展。高速动车组作为高速铁路系统的核心部分与高铁的安全运营息息相关。近些年来,随着我国动车组速度的不断提升,牵引电流的逐渐增大,由于动车组接地系统设置不合理造成动车组车体电势的抬升,传感器烧毁等现象常有发生。动车组接.地系统设计已成为保障动车组安全运营最为关键的技术之一。因此针对我国不同类型动车组接地方式设置的特点,对动车组的接地方式进行系统的研究已经刻不容缓。本文对我国现有动车组的接地方式做了系统的介绍,基于CRH380B动车组接地方式的特点,建立了动车组接地系统的理论分析模型,根据建立的理论分析模型,分析了接地电流的分配机理,并对接地电流进行了理论计算。利用PSPICE电路仿真分析软件建立了动车组接地系统的仿真模型,并确立了模型相关参数。基于搭建的高速动车组接地系统仿真模型,对CRH380B动车组的接地电流进行了仿真分析,并通过现场接地电流测试验证了仿真模型的合理性。根据我国动车组的工作接地方式,对动车组不同工作接地方式下的接地回流分布状况进行了仿真分析。研究表明,随着工作接地点数目的增多,最大工作接地电流幅值均呈现不同程度的下降。设置四点工作接地不仅能最大限度地降低工作接地电流,也能最大限度地平衡工作接地电流在各工作接地点之间分布的均匀程度。设置八点工作接地时,钢轨中的电流会通过工作接地点回流至工作接地装置;通过改变动车组的工作接地点位置,得出了变压器设置两路工作接地和三路工作接地两种情况下最优的工作接地方式。本文从两个方面研究了保护接地方式对接地回流分布的影响。一是探讨了同节车体两个保护接地点位置的改变对改善动车组保护接地电流分布均匀度的作用。二是基于CRH380B动车组的保护接地方式,研究了三种保护接地串联电阻器方案对动车组车体回流的抑制效果。基于三种保护接地串联电阻器的方案,探讨了接地电阻对保护接地电流分布和轴端-电位的影响,最后通过保护接地加装接地电阻器方案测试,证明了仿真结果的正确性。以上研究为动车组接地系统的改进以及动车组接地标准的制定提供了理论依据。

关键词：高速动车组工作接地保护接地均匀度接地电阻器车体回流

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动车组列车车内磁场仿真与分析

动车组列车车内磁场仿真与分析

作者：黄金欢北京交通大学

学位级别：硕士

高速铁路凭借其运行速度快、正点率高、经济效益好等一系列优点成为各国重要的运载工具,是当今世界铁路发展的共同趋势。随着列车运营速度的增大,功率的不断增加,车内的低频磁场进一步引发关注。动车组车内低频磁场的来源主要包括高达... 详细信息

高速铁路凭借其运行速度快、正点率高、经济效益好等一系列优点成为各国重要的运载工具,是当今世界铁路发展的共同趋势。随着列车运营速度的增大,功率的不断增加,车内的低频磁场进一步引发关注。动车组车内低频磁场的来源主要包括高达几百安培甚至上千安培的牵引电流以及列车车底的大功率设备等。因此,本文采用建模仿真与实际试验相结合的方式对车内磁场进行研究,详细分析车内低频磁场的分布规律和具体数值,最后分析了车内空间对磁场测量的影响。首先,动车组列车的牵引电流大部分经钢轨和回流线回流至牵引变电所,其中一小部分回流电流在车体间或接地碳刷间形成回流,可能会对车内电磁环境和接地碳刷的正常工作产生影响。因此,本文基于CRH2型和CRH380AL型动车组的接地方式以及车体主电路,采用ANSYS Simplore仿真软件建立了两种动车组的车体回流等效电路仿真模型。依据仿真结果得到了两种不同车型动车组的工作接地点电流、保护接地点电流和车体回流的具体数值和分布规律。基于动车组车体回流的研究结果,本文对动车组牵引电流、钢轨回流以及车体回流在动车组车内产生的磁场进行研究。采用ANSYS Maxwell电磁仿真软件建立动车组车体有限元模型进行仿真,得到车内磁场的分布规律以及具体数值。结果表明不同车型的车内磁场强度虽有大小区别,但是其空间分布特性是一致的,表现为在动车组车厢内风挡处磁场强度最大、车窗附近磁场大于远离车窗处磁场、并且靠近车厢底部横截面磁场大于远离车底横截面的磁场强度。此外,本文还通过动车组车内磁场的实际测量,获取了动车组在不同工况下车内工频磁场的具体数值。将仿真结果与测试数据进行对比,结果表明仿真与测量结果具有较好的一致性,进一步验证了仿真的可行性。最后,在动车组车内空间磁场测量过程中,车厢内环境会对测量天线的天线系数产生影响,进而影响最终测试结果。因此,本文采用建模仿真的方法研究车内环境对天线系数产生的影响。通过建立测试天线和动车组车厢模型,模拟实际测试过程进行仿真,并对仿真结果进行数据分析,最终得到了车内环境对磁场测量的影响这一不确定度因子值。

关键词：高速动车组车体回流低频磁场不确定度

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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

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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地铁车辆接地回流方案对比研究

地铁车辆接地回流方案对比研究

作者：陈志文北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着城市轨道交通的快速发展和客运量的不断增加,国家对地铁列车的安全运行要求也更加严格。目前我国对列车接地系统的研究不够完善,诸如车体-钢轨间回流、车体电位抬升、轴承电腐蚀等问题直接关系到列车运行性能的优劣。因此,... 详细信息

近年来,随着城市轨道交通的快速发展和客运量的不断增加,国家对地铁列车的安全运行要求也更加严格。目前我国对列车接地系统的研究不够完善,诸如车体-钢轨间回流、车体电位抬升、轴承电腐蚀等问题直接关系到列车运行性能的优劣。因此,本文结合牵引计算程序和地铁列车的主电路结构对不同车型的列车接地系统适应性进行了系统研究,以各种运行工况和不同电路参数下的仿真结果为基础提出接地回流优化方案。首先,本文对地铁车辆接地回流系统和接地系统存在的主要问题进行了调研。对于地铁车辆接地回流系统,深入研究了车体经保护电阻接地型、车体直接接地型两种典型的地铁列车接地系统。对于接地系统存在的主要问题,通过调研得出目前典型的两种问题是接地系统回流不畅、牵引电机轴承电腐蚀。为本文后续研究的车型间、不同工况间对比分析和接地优化指明了研究方向。其次,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建了基于动态工况的车网联合仿真系统。该系统实现了以实际线路和列车牵引计算结果为基础的车网联合仿真,包括了地铁车辆整车接地系统仿真模型、含列车负荷接口的直流牵引网模型。该系统的开发有助于解决现有列车接地系统仿真时列车负荷只能为定值的弊端,实现了随时域变化列车负荷动态刷新的功能,从而可观察列车处于整个运行工况时的接地回流分布。然后,基于搭建的车网联合系统仿真平台,对两种车型在实际列车负荷情况、不同供电方式、运行中存在相邻列车三种仿真场景下的接地回流分布状况进行仿真分析。研究表明,经保护电阻接地型列车（车型1）在所有复杂工况下均能有效抑制来自钢轨向车体的回流且其车体间回流也比车体直接接地型列车（车型2）小得多。但车型1的车体电位值因接地系统方式和保护电阻的存在大于车型2的车体电位值。为解决这一现象,以现有车型为基础提出了两种接地系统改进方案,通过仿真分析验证了所提方案有助于提高车辆在复杂工况下运行的可靠性和兼容性。最后,为解决所研究车型的电机轴承电腐蚀问题,对列车“逆变器-电机-轴承-车体/转向架”进行建模。通过分析列车轴承电流流通路径、ANSYS Maxwell有限元仿真软件求取电机杂散电容参数,大幅度提高了该模型的分析精度。为解决轴承电腐蚀这一现象,本文研究了改变EMI电容选型、优化电机本体参数、优化接地方案三种抑制措施,研究表明改变EMI电容选型对抑制电腐蚀效果不显著、优化电机本体参数能有效降低轴电压、优化接地方案效果最理想。

关键词：地铁接地系统车体回流车体电位轴电流轴承电腐蚀

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城轨车辆接地系统的改进研究

现代城市轨道交通 2017年第3期 1-4页

作者：延娓娓刘帅中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062

车辆的接地系统是提高车辆安全性、可靠性以及抗干扰能力的重要子系统。针对目前地铁车辆接地系统存在的相关问题提出解决方案,经过理论分析和现场试验,最终证明所提出的接地方案能够较好地抑制车体回流,防止轴承电蚀,提高车辆运行的可... 详细信息

车辆的接地系统是提高车辆安全性、可靠性以及抗干扰能力的重要子系统。针对目前地铁车辆接地系统存在的相关问题提出解决方案,经过理论分析和现场试验,最终证明所提出的接地方案能够较好地抑制车体回流,防止轴承电蚀,提高车辆运行的可靠性和检修的安全性。

关键词：城轨车辆接地系统车体回流轴承电蚀