地磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的過程與影響研究.pdf

1、地磁暴會對高鐵電氣系統(tǒng)的安全運行產生不利影響。本論文在國家自然科學基金項目（41374389磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的電路模型與算法）的支持下，從實際測量和建模計算兩個方面系統(tǒng)研究了地磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的響應過程和影響因素，探明了地磁暴侵害高速鐵路電氣系統(tǒng)的物理過程，設計了地磁暴侵害高速鐵路牽引網GIC觀測實驗，首次獲得了磁暴期間牽引網的GIC監(jiān)測數據。另外，建立了基于分布源傳輸線理論的軌道電路GIC計算模型，探明了軌道電路GIC和軌地電

2、位的分布特性及影響因素，完成了牽引網GIC水平評估及地磁暴對系統(tǒng)設備的影響分析。主要研究內容及成果如下:
　　通過對歷史上磁暴影響鐵路系統(tǒng)的案例分析，結合我國高速鐵路電氣系統(tǒng)的特點，以AT供電方式為例，研究了GIC侵入牽引網、軌道電路、機車系統(tǒng)的流通路徑和影響范圍，設計了地磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的監(jiān)測方案，并對京廣高速鐵路鶴壁東站、長琿城際高速鐵路延吉西站的牽引網完成了GIC觀測實驗，基于GPRS通訊技術組成了高鐵GIC監(jiān)測系統(tǒng)，將

3、監(jiān)測數據發(fā)送到中心主站進行分析和管理，為研究GIC的發(fā)生規(guī)律及對高鐵電氣系統(tǒng)影響程度提供基礎數據。
　　通過實際測量，首次獲得了磁暴期間京廣高鐵鶴壁東站牽引網中的直流監(jiān)測數據，與同時段相關的地磁臺磁暴數據進行對比分析后發(fā)現，二者不僅發(fā)生時間一致，且電流值與地磁變量之間存在強相關性，從而證明了監(jiān)測數據與地磁擾動間的關系?；诘卮艌鰯祿痛蟮亟Y構參數計算感應地電場，并與監(jiān)測的電流數據進行多元線性回歸分析，證實了監(jiān)測到的電流是由地磁暴引

4、起的，地磁數據及大地結構參數是高鐵電氣系統(tǒng)GIC的主要影響因素。
　　基于分布源傳輸線理論建立了軌道電路GIC計算模型，給出了分布參數的計算方法，通過將地面感應電場的作用等效為施加于單位長度上的電流源，實現了軌道電路模型與地面電場的耦合，提出了軌道電路GIC和軌地電位的計算方法。在此基礎上，討論了軌道長度、泄漏電阻、接地系統(tǒng)對軌道電路GIC和軌地電位分布特性的影響。以鶴壁東站至安陽東站鐵路區(qū)段的軌道電路為例，計算了不同方向的均勻地

5、電場作用下的軌道電路GIC和軌地電位，并選取2015年6月23日磁暴事件，計算了鶴壁東牽引變電所的軌道電路GIC曲線，所得計算結果與GIC監(jiān)測數據具有較好的一致性，驗證了模型與算法的正確性。
　　實現牽引網GIC水平的計算需要建立牽引網等效模型?；诙鄬w傳輸線理論建立了牽引網的多導體鏈式網絡模型，由于GIC的頻率很低，計算時可只考慮電網元件的直流參數。本論文分別建立了橫向元件和縱向元件的GIC等效模型，并通過將地面感應電場的作用