[发明专利]一种列车过锚段关节式电分段燃弧的车-网模型构建方法

说明书

本发明公开了一种列车过锚段关节式电分段燃弧的车‑网模型构建方法，具体为：1、基于锚段关节式电分段的实际机械结构和列车过电分段期间列车所处位置，对包含锚段关节式电分段的牵引网系统进行电路建模；2、考虑到电弧弧长对电弧耗散功率的影响及电分段处接触导线特定的机械构造对电弧弧长的限制，将Habedank黑盒电弧模型拓展为适用于电分段燃弧的模型；3、建立列车进出电分段两个暂态过程的牵引网、电弧、列车的整合模型；本发明为列车的牵引供电系统精细化设计、为解决因电弧的发生导致的电分段处接触导线的烧毁提供相关的模型基础，为克服并解决目前高速铁路电气化工程中凸现或隐性的技术问题创造条件。

技术领域

本发明属于电气化铁路建模领域，具体涉及一种列车过锚段关节式电分段燃弧的车-网模型构建方法。

背景技术

电气化铁路中，由于接触网是列车受电弓的唯一取流装置且无备用设备，通过加装接触网电分段装置将接触导线划分为很多独立的供电单元，以备设备检修或线路发生故障断电的情况下缩小停电范围或进行越区供电，保证接触网对列车的正常供电。然而，由于电分段所处位置导致电分段断口两端馈线供电臂长度存在差异，绝缘关节两端馈线会形成偏载结构，导致列车过电分段时容易产生燃弧现象。目前，相关研究对供电分段的研究多集中于换相绝缘的电分相，对同相绝缘分段的锚段关节式电分段研究相对很少。然而，由于电分段处产生电弧的可能性也较大且发生电弧的位置相对固定，接触导线同一位置频繁发生电弧可能会烧断接触导线。一旦接触导线烧断，极可能引起受电弓打弓等事故。为更好的解决这一问题，有必要根据电分段的具体机械结构对锚段关节式电分段的燃弧过程进行建模和仿真研究。

发明内容

为开展列车过锚段关节式电分段发生燃弧时的暂态分析，本发明提供了一种列车过锚段关节式电分段燃弧的车-网模型构建方法。

一种列车过锚段关节式电分段燃弧的车-网模型构建方法，具体步骤为：

步骤1：对包含锚段关节式电分段的接触网进行电路建模：

基于锚段关节式电分段的实际机械结构，考虑到列车过电分段燃弧位置分布的情况，将电分段分为三部分进行牵引网系统的集中参数建模。其中，考虑大地电导率对电路回流产生一定影响且电分段处导线数量较多，采用Carson理论计算电气参数；将电分段的过渡跨跨中导线视为等高，将过渡跨两临跨抬升的导线视为水平且与钢轨平面的垂直距离提高为实际抬升量的平均值；电分段的两端馈线两接触导线间、馈线与车体间以及馈线与钢轨间的容性耦合用等值电容表示。

步骤2：计及过电分段燃弧特性的电弧模型拓展：

考虑电弧弧长对电弧耗散功率的影响及电分段处接触导线特定的机械构造对电弧弧长的限制，将Habedank黑盒电弧模型拓展为适用于电分段燃弧的模型。

结合列车进出电分相期间弧长的变化特性，分别建立暂态过程一和暂态过程二的电分段燃弧模型。暂态过程一为进电分段时受电弓与馈线1接触的过程。该暂态过程期间，受电弓与馈线2靠近，弓网之间由于电压差导致场强逐渐加大。达到空气介质击穿场强时，受电弓与馈线2之间会产生电弧。由电分段结构可知，弧长L随列车运行逐渐缩短，直至受电弓与馈线2接触。暂态过程二为受电弓换线后出电分段时与馈线2接触且与馈线1逐渐分离的过程。受电弓与馈线1之间产生离线拉弧，随着列车运行弧长L逐渐拉长。根据能量平衡理论，直至电弧的输入能量不足以提供耗散能量，电弧熄灭。

步骤3：将电分段燃弧模型、包含车顶高压电缆、车体、列车接地系统和钢轨4个模块的列车模型与包含电分段的牵引网电路模型进行整合建立列车进出电分段过程的车-网一体化等值电路模型。通过模型的仿真得到列车进出电分段两个暂态过程的燃弧电压电流波形。通过燃弧仿真波形和实测波形的对比能验证车-网模型和拓展电弧模型的有效性。

本发明的有益技术效果为：