高速動車組雷電波侵入特性及傳播規律研究

接觸網是高速鐵路牽引供電系統的重要組成部分,其所鋪設的地方多包含山區、丘陵等地區,長大隧道和高架橋占全線比重大,接觸網遭受雷擊的概率較高。以京廣高速鐵路廣東段接觸網跳閘數據為例，從2009年至2013年4年間,共發生361件跳閘事件，發生絕緣子閃絡或破損事件共140件。國內外對接觸網雷擊過電壓的防護措施不盡相同,日本將高速鐵路劃分為A.B和C三個等級,對個別等級線路采取全線架設避雷線的防護措施。德國采用避雷器來限制接觸網雷擊過電壓。國內學者提出將架空地線(PW線)抬高至饋線(F線)以上兼做避雷線以及在F線絕緣子安裝帶串聯間隙避雷器的方法。通過對比分析升高保護線或回流線以及單獨架設避雷線均能提高接觸網耐雷水平,在落雷密度大且雷害事故嚴重的地區采取單獨架設避雷線的方式效果更好。我國京廣、京津、京滬高速鐵路在雷害多發地區正線錨段關節處、電分相關節處、長度2000 m及以上隧道等重點位置設置帶脫離器的氧化鋅避雷器。研究表明,接觸網遭受直擊雷，并造成雷擊跳閘占總跳閘事件的95%~98%,絕緣子閃絡、接觸網跳閘的主要原因為直擊雷,因此高速鐵路接觸網的防雷應主要考慮防護直擊雷,而不是感應雷。當接觸網遭受雷擊時,雷擊點臨近支柱絕緣子先閃絡放電,雷電流通過支撐絕緣子泄放到大地中,形成的雷電沖擊過電壓沿接觸網傳播到動車組高壓系統。

高速動車組通過在車頂高壓系統中安裝氧化鋅避雷器來防護雷電過電壓侵入動車組高壓系統對電氣設備造成的威脅。目前針對牽引供電系統接觸網耐雷水平及防雷措施的研究較多,現有設計規程主要根據絕緣配合的確定性法,通過將車載避雷器的保護水平乘以一定的配合系數來選擇動車組高壓系統被保護設備上的絕緣水平,缺少將接觸網和動車組作為整體綜合考慮傳播至動車組高壓系統的實際雷電沖擊電壓特性。另一方面,在確定動車組設備的雷電沖擊絕緣水平時,準確預測高壓系統雷電過電壓水平,對于合理選擇高壓設備絕緣配合關系至關重要.
針對上述問題,本文根據牽引網和動車組主要結構參數建立仿真模型,計算雷擊T線(承力索/接觸線)和F線不同位置時傳播至動車組受電弓位置的雷電波波形特征,以及車載變壓器雷電過電壓波形特征及幅值范圍。

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