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(huì)對(duì)高鐵電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。本論文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(shí)際測(cè)量和建模計(jì)算兩個(gè)方面系統(tǒng)研究了地磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的響應(yīng)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(shè)計(jì)了地磁暴侵害高速鐵路牽引網(wǎng)GIC觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，首次獲得了磁暴期間牽引網(wǎng)的GIC監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。另外，建立了基于分布源傳輸線理論的軌道電路GIC計(jì)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(wǎng)GIC水平評(píng)估及地磁暴對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響分析。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　通過對(duì)歷史上磁暴影響鐵路系統(tǒng)的案例分析，結(jié)合我國高速鐵路電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，以AT供電方式為例，研究了GIC侵入牽引網(wǎng)、軌道電路、機(jī)車系統(tǒng)的流通路徑和影響范圍，設(shè)計(jì)了地磁暴侵害高鐵電氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案，并對(duì)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(wǎng)完成了GIC觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，基于GPRS通訊技術(shù)組成了高鐵GIC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將

3、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到中心主站進(jìn)行分析和管理，為研究GIC的發(fā)生規(guī)律及對(duì)高鐵電氣系統(tǒng)影響程度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　通過實(shí)際測(cè)量，首次獲得了磁暴期間京廣高鐵鶴壁東站牽引網(wǎng)中的直流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，與同時(shí)段相關(guān)的地磁臺(tái)磁暴數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，二者不僅發(fā)生時(shí)間一致，且電流值與地磁變量之間存在強(qiáng)相關(guān)性，從而證明了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地磁擾動(dòng)間的關(guān)系?；诘卮艌?chǎng)數(shù)據(jù)和大地結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算感應(yīng)地電場(chǎng)，并與監(jiān)測(cè)的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析，證實(shí)了監(jiān)測(cè)到的電流是由地磁暴引

4、起的，地磁數(shù)據(jù)及大地結(jié)構(gòu)參數(shù)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(jì)算模型，給出了分布參數(shù)的計(jì)算方法，通過將地面感應(yīng)電場(chǎng)的作用等效為施加于單位長度上的電流源，實(shí)現(xiàn)了軌道電路模型與地面電場(chǎng)的耦合，提出了軌道電路GIC和軌地電位的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，討論了軌道長度、泄漏電阻、接地系統(tǒng)對(duì)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(jì)算了不同方向的均勻地

5、電場(chǎng)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(jì)算了鶴壁東牽引變電所的軌道電路GIC曲線，所得計(jì)算結(jié)果與GIC監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，驗(yàn)證了模型與算法的正確性。
　　實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)GIC水平的計(jì)算需要建立牽引網(wǎng)等效模型?；诙鄬?dǎo)體傳輸線理論建立了牽引網(wǎng)的多導(dǎo)體鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)模型，由于GIC的頻率很低，計(jì)算時(shí)可只考慮電網(wǎng)元件的直流參數(shù)。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(yīng)電場(chǎng)的作用