弓網滑動接觸的電磁暫態(tài)與熱特性及控制研究.pdf

1、自耦變壓器(Auto Transformer，簡稱AT)牽引網和動車組的建模是解決車網關系問題的重要基礎，現有技術沒有全面解決車和網聯(lián)合仿真中的簡易性和真實性問題;接觸電阻和弓網溫升建模是弓網關系電接觸特性的核心問題，現有的研究更依賴于實測和實測數據的擬合;主動式受電弓可以有效降低弓網離線電弧離線率，有效改善弓網受流質量，但由電機驅動的受電弓主動控制裝置尚不多見。本文綜合運用理論建模、仿真分析、實驗研究的方法，主要解決車網耦合、熱電耦合

2、、主動式受電弓的基礎性建模問題，主要結論如下:
　　1.為研究弓網滑動接觸的過電壓與電流分布問題，本文建立了將接觸線與承力索分開的單線AT牽引網電氣模型，可以計算承力索和吊弦的電流;建立含牽引計算的CRH2動車組牽引傳動系統(tǒng)的綜合等值模型，對整流器詳細建模，將逆變器及其負載進行等值，考慮了起動和運行工況，該模型在真實模擬牽引工況的同時，簡化了計算。通過車網耦合模型證明了考慮牽引特性時，在網側列車可視為非線性負荷，其穩(wěn)態(tài)具有弱容性特

3、點。
　　2.基于上述車網耦合模型，分析單線AT牽引網距離牽引變電所10km范圍內的電壓電流分布以及車載過分相過電壓全過程電磁暫態(tài)，研究表明:靠近牽引變電所的第一根吊弦、列車所在處的吊弦以及與AT所最近的吊弦上的電流不能忽略，這三處吊弦的發(fā)熱問題以及機械性能應加強計算;AT所的鋼軌電流對軌道電路的影響應高度重視;CRH2工作在單線AT上時，不用加裝限制過分相過電壓的措施。
　　3.為研究弓網滑動接觸性能，本文推導了弓網靜態(tài)接

4、觸電阻理論最小值的計算公式，用于弓網靜態(tài)接觸性能的理論估算;提出摩擦系數為常數時的弓網動態(tài)接觸電阻理論計算公式，該公式考慮了動態(tài)接觸力變化，不需要實測的擬合參數。通過上述模型的對比分析表明:弓網動態(tài)接觸電阻遠大于弓網靜態(tài)接觸電阻;在額定工況附近，動態(tài)接觸電阻為毫歐級;在升降弓時，動態(tài)接觸電阻較大，為歐姆級。
　　4.為提供一套完整的用于弓網滑動接觸溫度場計算的系統(tǒng)化理論分析方法，本文建立了弓網電流溫升、接觸溫升和電弧溫升的暫、穩(wěn)態(tài)

5、熱傳導方程，考慮對流換熱和熱輻射的作用，得到相應條件下的解析解，分析對流換熱系數、電流、接觸面積等因素對溫升分布的影響;通過有限元仿真模型，驗證了理論模型的正確性。基于該模型得到:在正常工況下，弓網系統(tǒng)的電流溫升都在熱穩(wěn)定范圍之內，但特殊工況使吊弦過流時，吊弦容易發(fā)生軟化、斷線;建議弓網離線電弧的判據從嚴考慮，單次離線的時間應該在10ms之內，盡量避免出現持續(xù)100ms以上的大離線，對于出現大離線較頻繁的區(qū)域，應加裝受電弓主動控制裝置。

6、本套模型作為一種通用方法，可以為現場弓網溫度檢測提供理論指導。
　　5.為研究弓網離線電弧物理性質與弓網滑動接觸規(guī)律，本文研制剛性和柔性兩套弓網離線電弧發(fā)生裝置，進行電氣、光學、力學、熱傳導等不同物理量的測量。結果表明:弓網運動電弧比靜止電弧的諧波多且以三次諧波為主，其直流成分已不能忽視;弓網運動電弧比靜止電弧更容易發(fā)生電弧重燃，重燃過電壓數值也較大。
　　6.為改善弓網滑動接觸性能、提高弓網受流質量，本文建立二階弓網耦合狀

7、態(tài)方程，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論設計了模型參考自適應控制策略，仿真結果表明:與不加控制相比，弓頭位移和接觸力的波動范圍都明顯減少，其穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運行指標得到了明顯的改善。研制主動式受電弓的模擬實驗裝置，測試結果表明了該裝置的有效性。
　　本文建立的車網耦合、熱電耦合分析方法將有助于解決車網匹配等實際問題，將使目前弓網系統(tǒng)溫度檢測偏重實測研究轉向定量的理論分析，二者的有機結合將更好地服務于鐵路供電6C系統(tǒng)的建設。本文設計的主動式受電弓