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原文传递高速电气化铁路牵引供电系统对信号电缆的瞬态电磁影响研究

论文题名：	高速电气化铁路牵引供电系统对信号电缆的瞬态电磁影响研究
关键词：	高速铁路;牵引供电系统;信号电缆;有限差分法;瞬态电磁影响
摘要：	作为铁路运输的基础设施，信号系统承载着保证调度指挥和控制列车运行的重任，其在运行过程中的安全性非常重要。在高速电气化铁路不断快速发展的背景下，牵引供电系统尤其是牵引回流系统对信号设备的强电磁干扰的研究，特别是对于列车特殊运行工况以及牵引网故障条件下的瞬态电磁影响研究具有迫切性和必要性。　　本论文以此为背景，围绕我国高速铁路牵引供电系统以及列车特殊运行工况对信号电缆的瞬态电磁影响进行研究和讨论，主要研究内容如下：　　从理论角度对牵引网故障状态下接触网短路的暂态过程原理以及列车过分相时暂态过程的产生原理进行了研究。分析了短路电流的状态及传播途径，以及骚扰信号设备的机理和方式；利用数学模型分析了列车运行特殊工况下的暂态过程产生瞬态骚扰的机理。　　根据高速铁路牵引供电系统及轨旁信号电缆的特性，建立了基于多导体传输线的瞬态电磁影响分析模型，采用更适用于瞬态干扰计算分析的时域有限差分法对多导体传输线方程进行了数学推导，结合高速铁路牵引供电系统及线路条件的实际特点，基于 Carson理论推导了包含频率相关损耗的差分近似公式，得到更符合实际情况的单位长度传输线一次参数。　　采用仿真模型，分别对列车正常运行工况、牵引网短路故障条件以及列车过分相特殊工况下，牵引网及列车产生的各种暂态过程在牵引回流各途径中的传播，和对信号电缆的瞬态电磁影响进行了计算和分析。并结合我国新建高速铁路及客运专线的联调联试及运行试验，采用实测方式获得的牵引回流以及信号电缆受瞬态电磁影响的测试数据对计算结果进行了详细的对比分析和验证。　　针对信号电缆平行接近长度与列车运行所处位置和短路发生位置，电缆屏蔽接地方式，大地导电率以及暂态过程合闸相位角等影响因素对信号电缆的瞬态电磁影响计算结果的影响规律进行了深入的分析，得到了信号电缆芯线感应电动势计算结果随平行接近长度变化关系；列车运行位置以及短路位置变化与对应长度信号电缆芯线感应电动势之间的关系；分析得出了信号电缆芯线感应电动势计算结果随大地导电率变差而增大；双端接地方式对骚扰的抑制效果优于单端接地方式，尤其对列车过分相暂态过程引起的高频率骚扰分量抑制的效果更明显；合闸/分闸时刻在电压过零点时，可以有效防止暂态过程对信号电缆产生瞬态骚扰的一系列重要结论。　　本文紧密结合高速铁路运营中出现的瞬态电磁干扰引起的安全问题，通过建模仿真计算和现场实测研究得出了丰富的结论。研究成果对于高速铁路信号系统干扰防护设计、施工和运营维护提供了参考依据和重要数例，对于保证信号设备正常工作、从而保障铁路运营安全具有重要意义。同时，成果对新建高速铁路动态验收阶段接触网人工短路实验及线路电磁兼容测试的测试断面选择和设置、以及测试数据的评判也具有指导意义。
作者：	苏立轩
专业：	交通信息工程及控制
导师：	张晨
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2016
正文语种：	中文