高速動(dòng)車組雷電波侵入特性及傳播規(guī)律研究

接觸網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分,其所鋪設(shè)的地方多包含山區(qū)、丘陵等地區(qū),長(zhǎng)大隧道和高架橋占全線比重大,接觸網(wǎng)遭受雷擊的概率較高。以京廣高速鐵路廣東段接觸網(wǎng)跳閘數(shù)據(jù)為例，從2009年至2013年4年間,共發(fā)生361件跳閘事件，發(fā)生絕緣子閃絡(luò)或破損事件共140件。國(guó)內(nèi)外對(duì)接觸網(wǎng)雷擊過電壓的防護(hù)措施不盡相同,日本將高速鐵路劃分為A.B和C三個(gè)等級(jí),對(duì)個(gè)別等級(jí)線路采取全線架設(shè)避雷線的防護(hù)措施。德國(guó)采用避雷器來限制接觸網(wǎng)雷擊過電壓。國(guó)內(nèi)學(xué)者提出將架空地線(PW線)抬高至饋線(F線)以上兼做避雷線以及在F線絕緣子安裝帶串聯(lián)間隙避雷器的方法。通過對(duì)比分析升高保護(hù)線或回流線以及單獨(dú)架設(shè)避雷線均能提高接觸網(wǎng)耐雷水平,在落雷密度大且雷害事故嚴(yán)重的地區(qū)采取單獨(dú)架設(shè)避雷線的方式效果更好。我國(guó)京廣、京津、京滬高速鐵路在雷害多發(fā)地區(qū)正線錨段關(guān)節(jié)處、電分相關(guān)節(jié)處、長(zhǎng)度2000 m及以上隧道等重點(diǎn)位置設(shè)置帶脫離器的氧化鋅避雷器。研究表明,接觸網(wǎng)遭受直擊雷，并造成雷擊跳閘占總跳閘事件的95%~98%,絕緣子閃絡(luò)、接觸網(wǎng)跳閘的主要原因?yàn)橹睋衾?因此高速鐵路接觸網(wǎng)的防雷應(yīng)主要考慮防護(hù)直擊雷,而不是感應(yīng)雷。當(dāng)接觸網(wǎng)遭受雷擊時(shí),雷擊點(diǎn)臨近支柱絕緣子先閃絡(luò)放電,雷電流通過支撐絕緣子泄放到大地中,形成的雷電沖擊過電壓沿接觸網(wǎng)傳播到動(dòng)車組高壓系統(tǒng)。

高速動(dòng)車組通過在車頂高壓系統(tǒng)中安裝氧化鋅避雷器來防護(hù)雷電過電壓侵入動(dòng)車組高壓系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備造成的威脅。目前針對(duì)牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)耐雷水平及防雷措施的研究較多,現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)程主要根據(jù)絕緣配合的確定性法,通過將車載避雷器的保護(hù)水平乘以一定的配合系數(shù)來選擇動(dòng)車組高壓系統(tǒng)被保護(hù)設(shè)備上的絕緣水平,缺少將接觸網(wǎng)和動(dòng)車組作為整體綜合考慮傳播至動(dòng)車組高壓系統(tǒng)的實(shí)際雷電沖擊電壓特性。另一方面,在確定動(dòng)車組設(shè)備的雷電沖擊絕緣水平時(shí),準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高壓系統(tǒng)雷電過電壓水平,對(duì)于合理選擇高壓設(shè)備絕緣配合關(guān)系至關(guān)重要.
針對(duì)上述問題,本文根據(jù)牽引網(wǎng)和動(dòng)車組主要結(jié)構(gòu)參數(shù)建立仿真模型,計(jì)算雷擊T線(承力索/接觸線)和F線不同位置時(shí)傳播至動(dòng)車組受電弓位置的雷電波波形特征,以及車載變壓器雷電過電壓波形特征及幅值范圍。

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