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原文传递地磁暴侵害高铁电气系统的过程与影响研究

论文题名：	地磁暴侵害高铁电气系统的过程与影响研究
关键词：	地磁暴;地磁感应电流;电气系统;牵引网;轨道电路;计算模型;高速铁路
摘要：	地磁暴会对高铁电气系统的安全运行产生不利影响。本论文在国家自然科学基金项目（41374389磁暴侵害高铁电气系统的电路模型与算法）的支持下，从实际测量和建模计算两个方面系统研究了地磁暴侵害高铁电气系统的响应过程和影响因素，探明了地磁暴侵害高速铁路电气系统的物理过程，设计了地磁暴侵害高速铁路牵引网GIC观测实验，首次获得了磁暴期间牵引网的GIC监测数据。另外，建立了基于分布源传输线理论的轨道电路GIC计算模型，探明了轨道电路GIC和轨地电位的分布特性及影响因素，完成了牵引网GIC水平评估及地磁暴对系统设备的影响分析。主要研究内容及成果如下: 　　通过对历史上磁暴影响铁路系统的案例分析，结合我国高速铁路电气系统的特点，以AT供电方式为例，研究了GIC侵入牵引网、轨道电路、机车系统的流通路径和影响范围，设计了地磁暴侵害高铁电气系统的监测方案，并对京广高速铁路鹤壁东站、长珲城际高速铁路延吉西站的牵引网完成了GIC观测实验，基于GPRS通讯技术组成了高铁GIC监测系统，将监测数据发送到中心主站进行分析和管理，为研究GIC的发生规律及对高铁电气系统影响程度提供基础数据。　　通过实际测量，首次获得了磁暴期间京广高铁鹤壁东站牵引网中的直流监测数据，与同时段相关的地磁台磁暴数据进行对比分析后发现，二者不仅发生时间一致，且电流值与地磁变量之间存在强相关性，从而证明了监测数据与地磁扰动间的关系。基于地磁场数据和大地结构参数计算感应地电场，并与监测的电流数据进行多元线性回归分析，证实了监测到的电流是由地磁暴引起的，地磁数据及大地结构参数是高铁电气系统GIC的主要影响因素。　　基于分布源传输线理论建立了轨道电路GIC计算模型，给出了分布参数的计算方法，通过将地面感应电场的作用等效为施加于单位长度上的电流源，实现了轨道电路模型与地面电场的耦合，提出了轨道电路GIC和轨地电位的计算方法。在此基础上，讨论了轨道长度、泄漏电阻、接地系统对轨道电路GIC和轨地电位分布特性的影响。以鹤壁东站至安阳东站铁路区段的轨道电路为例，计算了不同方向的均匀地电场作用下的轨道电路GIC和轨地电位，并选取2015年6月23日磁暴事件，计算了鹤壁东牵引变电所的轨道电路GIC曲线，所得计算结果与GIC监测数据具有较好的一致性，验证了模型与算法的正确性。　　实现牵引网GIC水平的计算需要建立牵引网等效模型。基于多导体传输线理论建立了牵引网的多导体链式网络模型，由于GIC的频率很低，计算时可只考虑电网元件的直流参数。本论文分别建立了横向元件和纵向元件的GIC等效模型，并通过将地面感应电场的作用等效为施加于不同接地点间的电压源，实现了牵引网模型与计算感应地面电场间的耦合，推导了计算各节点的GIC的矩阵方程。以长珲城际高速铁路延吉西供电区段的牵引网为例，计算了不同方向均匀地电场作用下的牵引网输电线路和各个变压器的流入大地的GIC、轨道电路GIC和轨道电位。　　本论文实现了牵引网轨道回路的GIC水平评估及对设备的影响分析，为下一步研究地磁暴侵害高速铁路设备及风险评估提供重要参考。
作者：	葛小宁
专业：	电气工程；电力系统及其自动化
导师：	刘连光
授予学位：	博士
授予学位单位：	华北电力大学(北京)
学位年度：	2017
正文语种：	中文