高铁电路系统构成及故障处理

STYLEREF"标题1"中文摘要中文题目：高铁电路系统构成及故障处理中文摘要摘要：随着中国高速铁路的发展，中国在高速铁路供变电技术、弓网关系、一体自动化、供电安全检测等核心技术方面取得了显著的成就。高速铁路电力供应系统包括电力供应、牵引变电、接触网、接触网、一体自动化（包括安全监测）和供电调度子系统。国内铁路的设计技术标准：通过最初的创新、综合创新、引进吸收二次创新，拥有自己的知识餐产权、更为先进的牵引电力系统技术，具有“先进、成熟、经济、可靠”的特点，是符合高速、高密度和高功率要求并符合标准的技术方案。本文件先是概述了高速铁路牵引供电系统的技术特征，然后讨论了系统平衡交换条件，找到滤波装置需要的指令电流和负载电流之间的变化关系。与此同时，审查系统各部分的容量和容量使用效率与平衡变换器的工作系统功率之间的关系，还审查了有源滤波其指令电流的生产方法以及控制滤波装置的方法。关键词：铁道电气化；牵引供电系统；滤波器

目录中文摘要 ]。对雷电过电压的预防与保护，当下国内外专家一致认为：以目前我们所掌握的科技力量，是无法防止大气云层产生雷电，也没有无源消除雷电的技术，同时也无法使用相关对策去除雷电，仅可以经由某些技术来引导阻截将其传入大地的方式。设计并建造一套防雷过电压保护系统是目前能够避免雷电过电压导致接触网严重损害后果的最好方式。雷电过电压保护体系属于非常庞大的体系工程。一般涵盖多个子体系，即使用许多预防措施形成一个全面的保障体系。通常来讲，防直击体系是由装配的避雷设置形成；预防侵入波体系是由分流、均压、等电位与限幅（避雷装置、限压装置、压敏电阻装置、放电装置、电容装置等）构成。5.2接触网雷击跳闸率对于接触网由于雷击而产生的跳闸率，目前使用的运算方式就是接触网l00公里线路每年由于雷电而产生的变电所跳闸事故的数目。一般情况下，接触网的跳闸率能够整体体现当下区域接触网线路受到雷击跳闸状况与接触网的跳闸数量。接触网的雷击跳闸率可以总体体现当下区域接触网线路受到雷击跳闸状况与接触网的耐雷水准，是评定和衡量接触网线路防雷水平的综合技术指标。接触网遭受雷击的次数与该接触网线路所属区域每年平均的雷暴天气数目相关。通常来讲，每年平均的雷暴天气越多每平方地区每年受到的雷击数量也相应增加。依照全球大电网联合组织所做出的衡算能够获知：接触网侧边的界限范围是三米，承力索距离轨道地面的平均高度是七米，所以可以计算得到单线接触网受到的雷击数量，即N=0.122×Td×1.3，多线接触网受到的雷击数量N=0.244×Td×1.3，Td作为每年平均雷电的日数。我国电气化铁道接触网的防雷设计标准一般是根据《铁路电力牵引供电设计标准》（TB10009-2005）、《铁路防雷、电磁兼容和接地工程技术条例》（铁路建设第39号），依照雷电天气的数目可以将其分成四个级别：每年平均雷暴天气小于等于20天的区域是少雷区，每年平均雷暴天气数量超过20天、小于或等于40天的是多雷区，每年平均雷暴天气数量超过40天且低于60天的区域是高雷区，每年平均雷暴天气超过60天的区域是强雷区。依照湖北气象部门对最新雷暴天气的统计数据能够获知，京广高速铁路武汉-咸宁段所通过的武汉、咸宁等区域每年的雷暴天气数量为：武汉区域是44.6天，咸宁区域是63天，部分地区该数字能够达到70天，很显然此高速铁路经过区域是强雷区。5.3雷击对高铁接触网设备的影响假如新近投入使用的一条高铁过电压预防体系不完善，耐雷水准较低，系统防雷对策并不全面，那么此高速铁路线由于雷电影响而产生的雷电过电压即能够致使接触网相应装置抑或变电所相应装置损毁，导致接触网出现跳闸，继而会阻碍高铁的正常运转，导致经济受到损害，同时也无法确保社会平稳。目前，我国京广、京沪、厦深等城市已经在运行的高铁就总是受到了雷击，所以接触网总是发生跳闸情况。此外，雷击还会造成绝缘子闪络抑、爆裂、击穿避雷器或是直接爆炸、击穿电缆的中断或是中间的头部、隔离开关操作电源的开关出现跳闸等情况，所以运营或是维修接触网的工作就变得十分困难，这就不利于为接触网提供稳定的电力，无法确保高铁按照正常的秩序运营，也阻碍了民众的顺利出行，以下就通过武广高铁武汉-咸宁段接触网系统由2009年末开始使用之后收到雷击产生跳闸问题的详细数值与某些具有明显特征的由于雷击致使装置损耗的状况举例，来阐述雷击对高速铁路接触网设备的影响。5.3.1武广高铁武汉至咸宁段接触网雷击跳闸状况武广高铁武汉至咸宁段线路正线里程128.8km，接触网设备428.337条公里。管内设乌龙泉东站、咸宁北站、赤壁北站等4个站，下设武昌东、新乌龙泉、泉口3个27.5kV牵引变电所。从2010年12月26日开通运营至2019年12月共5年时间里，已很多次产生由于雷击而致使高速铁路大面积抑或部分区域停电继而扰乱铁路运输秩序的恶劣状况，证明京广高速铁路武汉-咸宁段当下的防雷措施已然具有很多问题。下表是该段高铁2015至2019年12月由于雷击而产生的跳闸数据，由表里数据能够明确获知，由雷击而导致的跳闸已然变成该区段牵引供电所一年中出现跳闸事件最根本的影响因素，这证明当前该段高速铁路接触网预防雷电的能力依然不足，需要进一步的对该段高速铁路的接触网防雷措施进行优化和改进。表5-1武广高铁武汉至咸宁段雷击对比表序号年份雷击跳闸次数（件）跳闸总数量（件）百分比（%）12015396659%32016426168%42017385766.7%52018405276.9%52019375369.8%6总计19628967.8%由上表信息能够获知：由于雷击而产生的跳闸长期位于武汉至咸宁段接触网变电所跳闸原因的首位，其占据的比例也都超过一半以上，同时也呈现出不断提升的趋向。5.3.2雷击造成绝缘子闪络跳闸情况武广高速铁路武汉-咸宁段接触网在运营的四年之中，在出现雷击跳闸状况之时，还出现了各类形态的绝缘子闪络或击碎状况112件。其中，接触线类型绝缘子出现故障一共五十六件，正馈线雷的绝缘子出现故障一共七十五件；雷击造成电缆头（包括终端头和中间头在内）的击穿或是爆裂事件一共三十一件。以上这些事实数据能够直接看出雷击会在很大程度上给接触网设备造成影响以及危害，以下列举几件具有代表性的雷击跳闸而导致的设备损毁故障并附带各类设备出现问题后的现场图片，以希能明确认知雷击对高速铁路接触网的损害。(1)平腕臂绝缘子故障具体状况：2019年6月7日，泉口变电所武汉——乌龙泉区段中处在雷暴，09：47朝着武汉方向的正馈线发生跳闸故障，一些数据显示，212断路装置阻抗一段保护动作跳闸，且完成了重合，与此同时，一号主变压装置二次侧203断路装置B相抵压过电流保护动作跳闸，调度在上午九点五十一分时远动和203断路装置完成了电力输送，所以导致供电臂断开电源五分钟的时间。停电时长：5分钟问题波及范畴：导致区域两列列车停运造成的影响：导致区域两列列车停运问题因素：由于雷击致使平腕臂绝缘子出现闪络：致使产生越级跳闸的核心影响要素是：武广高速铁路武汉—乌龙泉区间的1237#杆平腕臂绝缘子遭受雷击，雷击产生的过电压导致平腕臂绝缘子出现闪络同时被击穿(如图3-1所示)，继而产生接地短路，出现跳闸问题。因为断路器的馈线保护装置因为其他因素也恰好产生问题，出现远动拒动，保护装置越级至203断路器跳闸。图3-1平腕臂绝缘子击碎图（2）变电所供电线电缆头击穿故障故障情况：2019年4月28日，乌龙泉变电所213、214断路器馈线跳闸，记录的故障信息为：故测设备：下行T线故障，测定故障点离变电所距离14km.问题出现以后，通过对故障范围内的接触网设备和变电所亭进行检查，最后发现故障点为山坡AT分区所供电线G2杆处电缆头击穿。4月29日晚上，武广高铁车间组织检修人员对G002杆故障电缆头进行了更换。问题原因：电缆头击穿。问题探究：制造商对出现状况的电缆头解剖并分析，最终得出电缆头击穿在其内部主绝缘层接近应力锥的地方，根本因素是由于电缆头的制造工艺品质较低而导致的。致使电缆终端头里的电场分布不均匀，因而在过电压条件下致使电缆头中主绝缘层被击穿。图3-2电缆头击穿图(3)雷击造成其他的设备损坏图图3-3斜腕臂绝缘子闪络图图3-4AF线悬式绝缘子闪络图图3-5避雷器炸裂图5.4电气化铁路接触网防雷措施5.4.1装设避雷线架设避雷线可以在一定程度上减少接触网累积跳闸的可能性，同时避防止损坏到绝缘子。关于多雷、强雷、高雷的电气化线路，避雷线的安装有必要结合雷电实际的防护条件和线路条件。折线法根据电力行业标准（DL/T620-1997），滚球法根据国家标准（GB50057-1994），由此得到确定防雷接闪器保护的范围建议。这两种方法在确定最后的保护范围时，所使用的计算方法和画图的步骤都不一样。直接防雷装置在国内以及国外的长期工程实践中已经试验过，其中包括避雷器、避雷线路以及避雷网络。其线路保护效果是以气体放电理论和雷击距离理论为基础的，因为雷云是间隔一定时间才会放电，更多特殊以及偶然的因素就存在影响先到放电发展方向的可能性，对此进行实验和研究，长期的实践结果指出，如果是不同的形状、不同的结构的物体能够吸引不同的雷电先导。当期，一般使用的工程方法有折线法、滚球法，都能够确定避雷针以及避雷线的有效保护范围。折线法是以前苏联使用的双曲线法为基础的，当前已被我们的学者简化，以方便应用于工程。建筑行业的相关规定中使用了滚球法，电力与铁道行业的相关规定提议使用折线法，以确定使用垂直针物体和水平线状物体的雷电保护范围。如果雷电先驱发展接近地面的时候，周围地面的电场强度逐渐提高，当建筑物的电场强度达到空中飘移的临界值时，建筑物内的电晕放电就会继续扩大，最后，变成了向上迎面放电。先驱放电和迎面放电结合的时候就会变成雷电的主放电。考虑到防雷的可靠性，范围不到60米的物体保护范围折线法更为实际，操作经验表明，保护范围也是计算避雷针、避雷线的保护所使用的折射法。这一方法来自电力行业中的相关规章（DL/T620-1997），其中交流电气装置的过电压保护和绝缘配合。5.4.2提升接触网的接地水平系统本身的质量将对防雷措施的实际影响产生影响。作为设计和施工部门，有必要尽可能满足防雷设备成本电阻的要求，并根据实际情况，准备接地电阻极限，设备的维护和检查防雷保护。在每年的雨季之前，应对接地装置进行充分的远程测量，测量后，如果接地电阻不符合要求，则必须增加或更换接地电压。还必须相应地调整避雷器的各个接地导体，接地导体和接地线，并且必须掩埋接地电极，并且必须安装一些接地电极，可以安装以满足接地需求。6结语由于我国目前的电气化铁路牵引供电系统是以三相接入电网，相序轮换的供电方式仍有一定的负序抑制效果；若对电能质量有更高要求，平衡接线方式可以更好的与单相牵引供电所配合，并配合以无源补偿为主，辅助有源补偿，可以用更小的投资，达到理想的效果。从长远上看，同相供电可以取消电分相环节，提高机车的安全性、运载力和速度，是电气化铁路的发展方向。基于平衡装置和牵引变压器的同相供电系统可以利用现有牵引变压器，改造成本较低，同时在装置故障时，牵引变压装置可以不断的为机车提供电力。但是这种同相供电方案，属于变压器二次侧直接并联的方式，无法彻底取消电分相环节，不能实现贯通式同相供电。结合全电力电子变换的无牵引变压器多电平新型同相供电系统可以彻底取消电分相环节，控制上更灵活，是贯通性同相供电系统的一个很有前景的研究方向。同时，应用在牵引供电网的逆变器并联方法是实现贯通式同相供电的关键，值得深入研究。参考文献[1]陈宏伟，耿光超，江全元.电气化铁路牵引供电系统车网耦合的潮流计算方法[J].电力系统自动化，2012，03：76-80+110.[2]何正友，程宏波.高速铁路牵引供电系统健康管理及故障预警体系研究[J].电网技术，2012，10：259-264.[3]周利军，高峰，李瑞芳，曹晓斌，吴广宁.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].高电压技术，2013，02：399-406.[4]程宏波，何正友，胡海涛，母秀清，王斌.高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估及预警[J].铁道学报，2013，05：21-26.[5]李勇，王江峰，何正友，黄立敏.高速铁路牵引供电系统动态模拟综合实验系统的设计与实现[J].电力系统保护与控制，2014，13：123-128.[6]蒋功连.铁路牵引供电系统设计中的谐波谐振分析及抑制方案研究[J].铁道标准设计，2014，06：129-132+148.[7]张岩，朱克非，郑平标，戴钰桀.基于可靠性的牵引供电运营维修管理研究综述[J].铁道运输与经济，2016，01：80-85.[8]黄小红，李群湛.基于模块化多电平换流器和组合式变压器的高速铁路同相牵引供电系统[J].高电压技术，2016，01：97-104.[9]何正友，冯玎，林圣，孙小军.