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【6h】

动车组高压系统操作过电压及其抑制技术研究

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致谢

摘要

1 引言

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 动车组过电压研究现状

1.2.2 动车组高压系统绝缘设计

1.3 本文主要工作

2 动车组高压系统简介

2.1 动车组高压系统技术方案

2.2 动车组高压系统的组成

2.2.1 受电弓

2.2.2 断路器

2.2.3 避雷器

2.2.4 高压互感器

2.2.5 高压电缆及电缆连接器

2.2.6 牵引变压器

2.2.7 其它高压设备

2.3 本章小结

3 动车组高压系统操作过电压产生机理

3.1 过电压概述

3.2 动车组升降弓电磁暂态过程

3.3 动车组分合断路器电磁暂态过程

3.4 本章小结

4 动车组高压系统电磁暂态建模

4.1 外部电源等值参数计算

4.2 弓网电弧模型

4.3 高压电缆模型

4.3.1 PI形集中参数模型

4.3.2 Bergeron模型

4.3.3 依频模型

4.4 主断路器模型

4.5 避雷器模型

4.5.1 避雷器建模方法

4.5.2 避雷器漏泄电流试验

4.5.3 避雷器PSCAD/EMTDC仿真模型及验证

4.6 变压器及互感器模型

4.6.1 变压器模型

4.6.2 互感器模型

4.6.3 电压互感器励磁特性实验

4.7 本章小结

5 动车组高压系统的仿真与测试

5.1 PSCAD/EMTDC软件介绍

5.2 动车组升弓过电压仿真与分析

5.2.1 升弓过电压仿真模型

5.2.2 升弓过电压仿真结果

5.2.3 参数敏感性分析

5.3 动车组合断路器仿真与分析

5.3.1 合断路器仿真模型

5.3.2 合断路器仿真结果

5.4 动车组高压系统操作过电压测试

5.4.1 升降弓测试

5.4.2 分合断路器测试

5.5 仿真与测试对比

5.6 本章小结

6 动车组高压系统操作过电压抑制方案

6.1 串联电感

6.1.1 电感值选取

6.1.2 电感参数设计及安装

6.2 并接RC滤波器

6.2.1 滤波器RC值的选取

6.2.2 RC滤波器参数设计及安装

6.3 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

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摘要

动车组在升降受电弓或者分合主断路器时可能会出现电磁暂态过程,产生操作过电压,影响车上电子设备的正常工作,对周围环境造成电磁干扰,不利于动车组的正常运行。本文以CRH2型动车组为例,研究了动车组在升降弓和分合主断路器时电磁暂态的发生机理,以及影响暂态过程的相关因素。
  理论研究发现,在升弓电磁暂态中,当车顶电缆参数不变情况下,暂态振荡频率主要受电源等值电感的影响,过电压值及持续时间与系统阻尼有关,即受电阻和电感的影响。在合断路器时,牵引变压器二次侧过电压大小与合闸角有关,原边励磁涌流与合闸角以及剩磁有关。
  详细介绍动车组高压系统建模方法。在计算电源等值参数时需要考虑高频下集肤效应对导体阻抗的影响;弓网电弧模型考虑了空气被击穿产生电弧的过程以及电弧弧长变化;采用指数函数模拟避雷器的伏安特性;电压互感器采用UMEC模型;通过避雷器漏泄电流试验和电压互感器励磁特性试验获取相关参数,辅助建模;牵引变压器采用经典模型,考虑其励磁特性。利用PSCAD/EMTDC仿真软件针对CRH2型动车组建立了高压系统仿真模型,仿真在升弓和合断路器时的电磁暂态过程。仿真结果表明,CRH2型动车组升弓电磁暂态过电压值可达60~75kV,振荡频率一般在40~70kHz,振荡持续时间一般在0.2~1.5ms。合主断路器时,合闸角在90°附近,牵引变压器二次绕组过电压较大,原边励磁涌流较小,在0°附近,过电压值较小但励磁涌流较大;剩磁越大,励磁涌流越大。
  在车库内对CRH2型动车组进行了升降弓以及分合断路器时的电磁暂态测试,获得接触网电压、牵引变压器二次绕组电压和电缆电流实测波形。实测结果表明,升降弓过电压值在60~70kV,合断路器牵引绕组过电压为2.9~6.2kV,分断路器时牵引绕组过电压为2~5kV,励磁涌流为0.1~0.3kA。通过与仿真结果的对比,验证了仿真模型的有效性。
  最后,提出两种抑制电磁暂态过电压的技术对策:在车顶高压电气系统附加电感和并接RC滤波器。仿真两种方法的改善效果,设计了电感和RC滤波器的相关参数,并制作了RC滤波器实物。

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