基于状态空间分析法的高铁牵引网弓网燃弧电磁暂态影响

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,提出采用状态空间分析法对计及弓网燃弧的牵引网多工况的电磁暂态影响进行建模研究。以列车正常运行发生弓网第一次燃弧为例,详细对牵引网分布参数模型、非线性状态方程建立、离散化求解算法流程进行分析;通过求解得到不同负载特性下的电弧电压、电流特性波形验证了模型及该方法求解的正确性;基于状态空间分析法,实例研究弓网多次燃弧、熄弧情况下,列车高速运行和过分相2种常见工况的受电弓弓头电压变化,并提出相应抑制方案。研究结果表明:高速铁路多次燃弧是造成列车电压畸变及暂态过电压的重要因素,所采用的状态空间分析法可有效分析高铁弓网非线性电弧的影响。     

高速铁路弓网离线电弧电磁辐射特性的试验研究

高速铁路系统电磁环境十分复杂,其中弓网离线电弧产生的电磁辐射是高速铁路系统最重要的电磁干扰源之一。利用高速弓网关系试验台开展了大电流、高速条件下的弓网离线放电模拟试验,测量了不同牵引电流及不同行车速度下放电辐射场的时域波形,经快速傅里叶变换后得到了离线放电电磁辐射的主要分布频段、分布疏密程度、典型频率值等特征,探讨了放电辐射特性随牵引电流和行车速度的变化规律及原因。研究表明：在大电流、高速条件下,弓网放电电磁辐射能量主要分布于0~100 MHz的频率范围,其中分布最密集频段为45~55 MHz,起弧电磁辐射强度大于熄弧电磁辐射强度;在100~700 A的牵引电流区间内,放电辐射场的幅值随电流增大而增大;相同牵引电流下,频域峰值对应的频率值随车速增大而逐渐变小。该研究结果为弓网电弧电磁辐射干扰的机理研究以及防护提供了试验数据和参考依据。     

弓网离线对牵引传动系统的影响

离线时间长短严重影响动车组受流质量,目前离线时间的划分主要根据运行管理经验,尚无理论分析。基于现场测试数据和MATLAB仿真软件,建立了包含弓网离线电弧和列车牵引变流器的仿真分析模型,分析了弓网离线时的过电压与谐波,以及离线对牵引变流器直流侧电压的影响。结果表明:弓网离线和恢复过程均有约1.3倍的过电压产生,并伴随有大量的谐波反馈到接触网上;牵引变流器直流侧压降速度随列车行驶速度的增加而呈指数增大,250 km/h以上行驶速度时1 000 V压降所需时间已经下降到100 ms以内;相同离线时间下,列车行驶速度愈大离线恢复时直流侧电压冲击和震荡愈大。上述分析表明,离线时间的划分应考虑列车行驶速度的影响,越高时速下,离线时间应作越严格的限制,以保证列车良好的受流质量。     

矿用架线电机车弓网电弧辐射电磁噪声特性

在电波暗室中开展模拟矿用架线电机车运行条件下弓网电弧辐射电磁噪声实验。统计分析弓网电弧电场噪声时域特性参数随回路电流、接触压力和滑动速度的变化规律。利用瞬时频率分析法,计算电场噪声峰值时刻的瞬时频率(IFPVM)及电场噪声持续时间内的瞬时频率均值(AIFDD)。电场噪声峰值和持续时间随回路电流增加而增大,上升时间和振荡周期受回路电流影响较小。峰值、上升时间、振荡周期和持续时间均随滑动速度增加而小幅度增加,受接触压力影响不大。电场噪声IFPVM主要分布在9～16 MHz,电场噪声AIFDD主要分布在8～14 MHz。     

弓网电弧温度场研究综述

从弓网电弧的电弧模型、电弧能量、电弧的辐射特性等角度,笔者综述了国内外弓网电弧和弓网电弧温度场的研究进展。介绍了电弧模型及其特性的研究现状,论述了弓网电弧能量对弓网系统的影响及其辐射特性,最后指出了弓网电弧温度场研究面临的诸多问题,如电弧处于多场耦合的复杂环境、建立新的电弧模型、流体计算难等。     

考虑过渡函数的电气化铁路弓网离线电弧建模与验证分析

随着列车速度的提高,弓网离线电弧现象频繁发生,对列车的安全运行产生影响。因此有必要研究弓网电弧模型,分析其电气特性。在计及横向吹弧的Habedank电弧模型基础上,以电弧电流作为变量构建了过渡函数,较合理地实现了串联电弧模型的动态电阻分配。在MATLAB/Simulink仿真软件中,通过S-函数的编写实现了电弧模型的仿真,并将对得出的仿真波形与实验波形进行对比分析,验证了所搭建模型合理性。结果表明：列车速度增大,电弧电流不会随之增大,而是基本保持不变,但电弧电压却会随之增大,其中燃弧电压增大程度最大。     

弓网电弧电气特性试验研究

利用自行研制的弓网电弧试验系统,测试了弓网电弧的电气参量。通过对弓网电弧的电气特征试验分析发现,弓网系统燃弧时,电弧电压、电流存在着较大的直流分量,谐波成分丰富;起弧瞬间电流具有较大的过冲,弓网两端电压迅速下降;在电弧稳定燃烧时,电弧电压值相对较稳定,电流呈正弦规律变化。     

弓网滑动电接触电磁热力耦合效应研究进展

为电力机车提供牵引动力的受电弓滑板与接触网导线是典型的滑动电接触摩擦副,二者在工作中存在电、磁、热、力多场耦合效应,复杂的多场耦合作用将影响弓网的受流质量和摩擦磨损性能,开展电气化铁路弓网接触多物理场耦合效应研究,对降低弓网运行维护成本,提高受电弓滑板和接触网导线使用寿命等具有重要意义。该文重点归纳总结了近些年来弓网系统在电、磁、热、力多场效应下的相关研究进展。结合列车实际运行工况,综述了弓网接触电阻、电弧、接触温度、电磁力和压力载荷等因素对弓网载流摩擦磨损性能的影响规律,针对多物理场作用下研究中存在的问题与不足,提出进一步研究和完善的意见。在此基础上,从提高弓网滑动电接触性能、保障列车安全稳定运行角度,采用弓网接触电阻、燃弧率及接触温度对电接触性能的评价进行阐述和探讨,以期对弓网电接触行为进行合理预测与评估,为进一步研究弓网滑动电接触多场耦合效应提供参考。     

开关电弧放电电磁暂态干扰研究综述

电力系统中的电磁暂态现象主要是由各种开关装置在操作过程中的电弧放电现象所引起,随着输电电压等级的提高,开关电弧放电所引起的电磁暂态问题更加突出。文中总结了开关电弧放电的电磁暂态特征和暂态干扰机理,并重点分析了国内外电磁暂态干扰数学模型研究和现场测量技术的发展现状。分析结果表明建立准确有效的单次电弧放电模型和多次电弧重燃模型对电磁暂态干扰仿真研究至关重要。其中,单次电弧放电模型正朝着基于物理模型和黑盒模型的混合电弧模型方向发展;多次电弧重燃模型的研究重点在于电弧重燃判据的建立,在特高压条件下,由热击穿引起的电弧重燃应引起高度重视。根据电磁暂态干扰的现场测试要求(低噪声、宽频带、高动态响应、高精度),研究可用于特高压变电站瞬态电场和磁场测量的传感系统是现场测量技术发展的重中之重。     

并网光伏电站电磁暂态建模及其特性研究

针对宁夏地区某光伏电站并网情况,利用实时数字仿真仪RTDS对光伏发电系统控制模型及电磁暂态特性进行了分析与研究,并结合宁夏电网进行了建模验证及仿真计算。结果表明:光伏电站受到逆变器容量限制,故障电流一般不超过最大额定电流的1.1~1.3倍,不对称故障下光伏电站的故障电流以正序量为主,含少量的负序和畸变。     

弓网系统滑动电接触瞬态温度场仿真研究

弓网系统瞬态温升会影响摩擦副的材料特性,进而加速系统磨耗。为减小弓网系统温度场引起的磨损,对其瞬态特性进行了研究。利用COMSOL Multiphysics软件建立了仿真模型,利用试验机,采用非接触式测温方法,验证了模型的有效性。对温度场瞬态过程进行仿真研究,结果表明,运行过程中,最高温度区由接触面逐渐转移至碳板内部,温度由接触区向四周呈递减趋势;在碳板接触区后端出现"高温拖尾"现象,拖尾长度随时间逐渐增大。上述研究结论对进一步研究滑板温度特性具有借鉴意义。