锚段关节电分相的谐振过电压及抑制研究
目录
第一章绪论 (1)
1.1 研究背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.2.1 国外研究现状 (1)
1.2.2 国内研究现状 (2)
1.3 论文的研究内容及其结构 (3)
1.4 本章小结 (4)
第二章电分相结构及过分相过程分析 (5)
2.1 电分相的结构 (5)
2.2 链式网络模型 (6)
2.2.1 含有并联导线的多导体系统 (6)
2.2.2 AT供电系统等值电路的建立 (7)
2.2.3 电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC (8)
2.2.4 牵引网的链式模型 (9)
2.2.5 分布参数模型 (10)
2.3 锚段关节式电分相 (12)
2.4 常用的过分相方式 (13)
2.4.1 柱上自动过分相 (13)
2.4.2 车载断电自动切换 (14)
2.4.3 地面开关式自动切换 (15)
2.5 机车过分相全过程的电路分析 (16)
2.6 本章小结 (19)
第三章机车模型及相关参数确定 (20)
3.1 模型总述 (20)
3.2 机车的牵引传动系统建模 (20)
3.3 相关模型参数的计算 (22)
3.3.1 电分相参数确定 (22)
3.3.2 高压互感器参数 (23)
3.4 本章小结 (24)
第四章机车过分相等值电路的求解方法 (25)
4.1 过电压的分类及原因 (25)
4.1.1 工频过电压 (25)
4.1.2 操作过电压 (25)
4.1.3 谐振过电压 (26)
4.2 解析法求解电路 (28)
4.2.1 零输入响应 (28)
4.2.2 零状态响应 (29)
4.3 常微分方程的龙格-库塔解法 (30)
4.3.1 龙格-库塔方法的基本思想 (30)
4.3.2 龙格-库塔公式推导 (31)
4.4 蒙特卡洛方法 (32)
4.4.1 对数正态分布 (33)
4.4.2 帕累托分布 (33)
4.4.3 均匀分布 (33)
4.5 本章小结 (34)
第五章过电压仿真及其拉丁超立方抽样蒙特卡洛模拟 (35)
5.1 机车过分相过电压现象 (35)
5.2 机车过分相时中性线电压的数值解 (35)
5.3 过电压的电路仿真 (38)
5.3.1 牵引网的链式电路 (38)
5.3.2 过电压的仿真波形和分析 (39)
5.4 机车过分相的电压谐波特性 (41)
5.4.1 电压谐波畸变的评估 (41)
5.4.2 电压谐振电路 (42)
5.4.3 中性段电压谐波特性和概率模拟 (43)
5.5 机车过分相诱发的铁磁谐振过电压 (44)
5.6 本章小结 (46)
第六章谐振过电压的抑制措施 (47)
6.1 过电压的抑制研究 (47)
6.1.1 高通滤波器 (47)
6.1.2 机车过分相的过电压抑制措施 (48)
6.2 铁磁谐振过电压的抑制措施 (51)
6.3 过电压的隔离抑制法 (52)
6.3.1 八跨双中性段抑制 (52)
6.3.2 八跨双中性段双边加阻容装置 (53)
6.4 本章小结 (55)
第七章总结与展望 (56)
7.1 论文总结 (56)
7.2 研究展望 (57)
参考文献 (58)
个人简历在读期间发表的学术论文 (61)
致谢 (62)
第一章绪论
第一章绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，我国的铁路运输事业发展迅速，铁路干线实现客货运分线，电气化铁道在全国范围内的覆盖率达到60%以上。我国的电气化铁路采用工频单相25kV交流制[1-3]，在牵引供电系统中，为平衡电力系统的三相负荷，在供电臂末端以及牵引变电所的出口处设置电分相，对接触网实行循环换相轮流供电，为电力机车提供不间断地可靠供电。
随着列车大幅度提速，我国电气化铁路主要采用锚段关节式电分相，锚段关节式电分相由绝缘锚段关节组成，克服了器件式电分相装置的硬点问题，因此被广泛应用[4-6]。从广深准高速铁路开始，逐步在高速电气化铁路中采用锚段关节式电分相，满足电力机车在高速行驶时受电弓平稳通过；但是锚段关节电分相在使用时也出现了一些新问题，如电力机车通过锚段关节式电分相时，产生的过电压现象，造成牵引变电所误跳闸动作、灼烧接触线，甚至车顶保护间隙绝缘击穿等问题[7-9]，因此，机车过分相时的过电压已对铁路运输的安全构成潜在的威胁。
电力机车过分相时，短时间内经历了多个暂态过程，机车在驶入电分相前，主断路器断开，仅有受电弓和机车高压互感器部分与接触网实现电气连接，此时机车减速惰性行驶，依次经过电分相近端过渡区、中性无电区、远端过渡区；机车过分相时等值电路也会发生较大变化，易形成高阶电路产生过电压[10-12]，因此，需要重点研究可能导致过电压的因素，为有针对性的提出过电压的抑制方法提供依据，这对铁道运输的安全正点具有重要意义。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
自世界上第一条铁路在英国建成后，由于它显著的优越性，使铁路运输事业在世界范围内得到迅速发展。近年来，国外的电气化铁路发展迅速，各方面技术和经验较为成熟。但是，电力机车过分相这个暂态过程中，机车-牵引网-电分相系统的电气参数发生了较大变化，电路中电流电压等电磁能量的变化导致过电压的产生，出现了灼烧接触线和击穿绝缘设备的现象，在各国的铁路系统也均有发生[13-15]。国外主要通过改造电分相的结构，从而解决机车过分相时产生的过电压问题，具体措施有以下几种：（1）使用某些特定的材料改善中性段的性能。如：使用带有聚合材料绝缘件的分段绝缘器装配中性段；加装特殊材料的护套保护接触线，防止接触线被烧毁；设置电弧