高速动车组雷电波侵入特性及传播规律研究

接触网是高速铁路牵引供电系统的重要组成部分,其所铺设的地方多包含山区、丘陵等地区,长大隧道和高架桥占全线比重大,接触网遭受雷击的概率较高。以京广高速铁路广东段接触网跳闸数据为例，从2009年至2013年4年间,共发生361件跳闸事件，发生绝缘子闪络或破损事件共140件。国内外对接触网雷击过电压的防护措施不尽相同,日本将高速铁路划分为A.B和C三个等级,对个别等级线路采取全线架设避雷线的防护措施。德国采用避雷器来限制接触网雷击过电压。国内学者提出将架空地线(PW线)抬高至馈线(F线)以上兼做避雷线以及在F线绝缘子安装带串联间隙避雷器的方法。通过对比分析升高保护线或回流线以及单独架设避雷线均能提高接触网耐雷水平,在落雷密度大且雷害事故严重的地区采取单独架设避雷线的方式效果更好。我国京广、京津、京沪高速铁路在雷害多发地区正线锚段关节处、电分相关节处、长度2000 m及以上隧道等重点位置设置带脱离器的氧化锌避雷器。研究表明,接触网遭受直击雷，并造成雷击跳闸占总跳闸事件的95%~98%,绝缘子闪络、接触网跳闸的主要原因为直击雷,因此高速铁路接触网的防雷应主要考虑防护直击雷,而不是感应雷。当接触网遭受雷击时,雷击点临近支柱绝缘子先闪络放电,雷电流通过支撑绝缘子泄放到大地中,形成的雷电冲击过电压沿接触网传播到动车组高压系统。

高速动车组通过在车顶高压系统中安装氧化锌避雷器来防护雷电过电压侵入动车组高压系统对电气设备造成的威胁。目前针对牵引供电系统接触网耐雷水平及防雷措施的研究较多,现有设计规程主要根据绝缘配合的确定性法,通过将车载避雷器的保护水平乘以一定的配合系数来选择动车组高压系统被保护设备上的绝缘水平,缺少将接触网和动车组作为整体综合考虑传播至动车组高压系统的实际雷电冲击电压特性。另一方面,在确定动车组设备的雷电冲击绝缘水平时,准确预测高压系统雷电过电压水平,对于合理选择高压设备绝缘配合关系至关重要.
针对上述问题,本文根据牵引网和动车组主要结构参数建立仿真模型,计算雷击T线(承力索/接触线)和F线不同位置时传播至动车组受电弓位置的雷电波波形特征,以及车载变压器雷电过电压波形特征及幅值范围。

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