高速重载电气化铁路钢轨电位产生机理与抑制方法的研究

论文摘要

随着国民经济的发展,铁路货运、客运量持续增长,高速和重载成为我国电气化铁路的主要发展方向。电气化铁路高速区段由于牵引功率大、牵引负荷重、牵引回流大,容易出现过高的钢轨电位,造成与轨道相连的信号设备异常,直接威胁着沿线通信设备和人员的安全。论文以高速、重载电气化铁路的牵引回流系统为对象,分析了钢轨电位的产生机理、牵引回流的分布特性,并探究了其变化规律,提出相应的抑制方法,主要开展的工作包括：(1)以牵引供电系统为研究对象,在对电气化铁路牵引供电系统供电设备分析的基础上,建立适合多种供电方式的钢轨电位分析模型；结合大秦铁路沿线钢轨电位的测试数据对模型进行了验证。(2)根据牵引供电系统和接地回流系统的结构,分析了钢轨回流系统的电路分布参数,建立了钢轨电位、电流分布模型,揭示了钢轨电位、电流的传播与衰减规律,阐释了衰减系数、供电方式及综合地线对钢轨电位的影响机理,探寻了连接综合接地系统后,牵引供电系统正常运行与短路故障情况时,钢轨与保护线电位分布特性,阐释了综合接地系统对不同供电方式下牵引供电系统钢轨电位的影响规律。(3)通过对衰减系数、钢轨电位、电流、钢轨横向、纵向电压等测量方法的研究,建立了钢轨电位的监测系统；针对高速、重载电气化铁路钢轨电位过高的现象,选取京津、遂渝、大秦等典型高速、重载线路,对其钢轨电位、钢轨电流、分流系数等进行了测量分析,根据钢轨电位的产生机理及影响因素,分析了综合地线对降低钢轨电位、接地极电位、回流线电位的作用机制,分别从钢轨铺设方式、回流系统结构、接触网支柱结构和铺设综合地线等方面,提出了抑制钢轨电位的相关措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 牵引供电系统概述
• 1.2.1 牵引供电方式
• 1.2.2 牵引回流方式
• 1.2.3 牵引变压器接线形式
• 1.3 钢轨电位及钢轨电流
• 1.3.1 钢轨电位研究现状
• 1.3.2 钢轨电流不平衡度
• 1.4 高速、重载电气化铁路接地技术
• 1.4.1 接地体和接地电阻
• 1.4.2 综合接地技术
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 高速铁路钢轨电位产生机理及影响因素
• 2.1 钢轨电位模型的构建
• 2.1.1 钢轨电位表征参量
• 2.1.2 钢轨电压电流的数学模型
• 2.2 钢轨电流的分布特性
• 2.2.1 感应电流分布特性
• 2.2.2 传导电流分布特性
• 2.2.3 全电流分布特性
• 2.3 钢轨电位分布特性及影响因素
• 2.3.1 钢轨电位的分布特性
• 2.3.2 衰减系数对钢轨电位的影响
• 2.3.3 供电方式对钢轨电位的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 综合接地对钢轨电位的影响
• 3.1 综合接地的参数分析
• 3.1.1 短路瞬时大电流对综合地线截面积的要求
• 3.1.2 接地电阻对综合地线截面积的要求
• 3.1.3 热稳定性对综合地线截面积的要求
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 模型参量
• 3.2.2 钢轨电位计算模型
• 3.3 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 高速铁路钢轨电位抑制方法研究
• 4.1 AT供电方式钢轨电位抑制方法
• 4.1.1 对AT供电方式牵引网增设CPW线
• 4.1.2 牵引网加装回流线降低钢轨电位
• 4.2 综合地线的应用及对钢轨电位的抑制
• 4.2.1 综合地线的回路电阻分析
• 4.2.2 综合地线分流系数
• 4.3 钢轨电位的其他抑制方法
• 4.3.1 复线情况钢轨电位抑制方法
• 4.3.2 改善局部地方土壤电阻率
• 4.3.3 支撑结构分析及电阻优化分析
• 4.4 本章小节
• 第5章 高速重载钢轨电位与牵引回流实验研究
• 5.1 钢轨电位电流分布的测试与分析
• 5.1.1 钢轨电位与电流的测量方法
• 5.1.2 泄漏电阻、互阻测量方法
• 5.1.3 钢轨等值阻抗与泄漏阻抗
• 5.1.4 钢轨横向地表电位分布分析
• 5.2 综合接地效果的测试与分析
• 5.2.1 综合地线、回流线电位测量方法
• 5.2.2 综合地线对单独接地极电位的影响
• 5.2.3 综合地线对回流线电位影响
• 5.2.4 综合地线对降低钢轨电位、电流的效果分析
• 5.3 综合地线分流效应测试与分析
• 5.3.1 综合地线、回流线电流测量方法
• 5.3.2 综合地线与钢轨分流情况分析
• 5.3.3 钢轨与回流线相连时的分流情况分析
• 5.3.4 钢轨、综合地线与回流线三者相连时分流情况分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果