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高速铁路高架桥区段雷击电磁暂态模型研究
| 论文题名： | 高速铁路高架桥区段雷击电磁暂态模型研究 |
| 关键词： | 高速铁路;高架桥区段;接触网;电磁暂态模型;闪络模型;雷电防护 |
| 摘要： | 我国高速铁路在设计建造中大量采用高架桥结构，已开通高速铁路中高架桥区段比例达54％。相比路基段，高架桥区段接触网位置较高，学者通过电气几何模型和先导传播模型研究发现，高架桥区段接触网引雷范围增加，遭受雷击概率增大。雷击高速铁路接触网可能导致运行故障，引起列车延误，严重时会危害列车安全和人员安全。由于高架桥内部钢筋网状结构存在，雷击时高速铁路高架桥区段的电磁暂态过程复杂，且高架桥有不同结构形式和几何参数，得到准确的高架桥电磁暂态模型难度较大。因此，推导高速铁路高架桥区段电磁暂态模型，在此基础上进行雷击特性研究，对于高速铁路雷电防护具有重要意义。 首先，分析了常见雷电流频谱，确定了进行雷击电磁暂态研究时需要考虑的频率范围。其次，基于“黑箱理论”将高架桥作为整体考虑，以接触网支柱底端为端口，研究端口阻抗特性，并分析了结构形式和几何参数对高架桥阻抗特性的影响。再次，利用矢量匹配法求取高架桥阻抗函数，根据电网络理论知识推导高架桥阻抗函数对应无源端口等值电路，选择不同雷电流波形对等值电路进行冲击条件下等效性验证。然后，研究了不同绝缘子闪络判据的差异，建立了高速铁路高架桥区段雷击电磁暂态模型。最后，利用建立的高速铁路高架桥区段电磁暂态模型，研究了雷击点、接地电阻和高架桥高度因素对于接触网耐雷水平影响。 通过分析雷电流频谱，确定电磁暂态研究时计算频率范围应高于5MHz。研究发现几何结构对高架桥阻抗特性有较大影响，不同高架桥阻抗曲线峰值数量、峰值幅值和峰值间隔有差异，首个峰值高于后续峰值，且首个峰值位于0～5MHz频率范围内。经验证，等值电路可以在冲击条件下等效高架桥。实际运行时绝缘子两端电压波形不是标准波形，判断采用定义法判据绝缘子不正确，发现采用先导法判据绝缘子闪络符合物理过程。计算了两种典型波形雷电下高架桥区段接触网耐雷水平，发现绕击耐雷水平较小，仅为-3.2～-3.4kA，基本不受接地电阻和高架桥影响。反击耐雷水平随着接地电阻增大、高架桥桥墩高度增加而减小。在波前时间较短雷电流雷击时，反击耐雷水平要远低于波前时间较长雷电流雷击情况。 经过仿真计算和对比研究，确定本文研究得到的高速铁路高架桥区段电磁暂态模型符合物理过程，可使用该模型进行高速铁路高架桥区段雷击特性研究。本文研究成果可为高速铁路高架桥区段接触网耐雷水平计算和电磁暂态模型研究提供参考。 |
| 作者： | 金亮 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 范建斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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