[01156723]干旱沙漠地区牵引供电系统雷电防护及服役性能安全风险评估技术研究

①课题来源与背景： 该项目来自铁路总公司。牵引供电系统是电气化铁路的能源传输系统,是电力机车及动车组运行的动力源泉,其安全可靠性是电气化铁路运行的重要保障。 ②研究目的与意义： 对干旱沙漠地区电气化铁路牵引供电系统防雷失效风险评估,对干旱沙漠地区电气化铁路接触网防雷电防护方案的研究;综合自动化牵引变电所雷电防护方案的研究;避雷器设备进行在线监测研究。 ③主要论点与论据： 对干旱沙漠地区电气化铁路接触网防雷电防护方案的研究;综合自动化牵引变电所雷电防护方案的研究;避雷器设备进行在线监测研究。 ④创见与创新： 牵引供电防雷系统对于保障电气化铁路的安全运行具有十分重要的意义。项目组依托铁路总公司科技重点开发项目,对于干旱沙漠地区牵引供电系统雷电防护及服役性能安全风险评估技术研究。通过对电气化铁路牵引供电系统雷电安全风险评估,接触网、牵引变电所防雷各种影响因素分析及对避雷器在线监测研究,主要形成了以下研究结论： 1＞ 建立了牵引供电系统雷击风险评估参数计算的数学模型,将牵引供电系统划分为牵引变电所和接触网分别进行评估,接触网评估参数按照牵引变电所架空线路的数学模型计算,确定牵引供电系统各部分雷击危险区的大小、考虑防雷措施对雷击灾害的防护效果,确定了牵引供电雷电评估的主要参数,按照评估模型,采用MATLAB软件编写程序计算,结合线路情况确定雷击可能造成的损失,结合具体线路对牵引供电系统各部分遭受雷击损害的风险程度进行定量计算评估。 2＞ 对干旱沙漠地区接触网雷击支柱和悬挂导线两种情况下接触网的防雷水平分析,推导了接触网的耐雷水平计算公式;并考虑雷电先导的入射角,将暴露距离理念应用到EGM中并推导出高速铁路绕击闪络率计算公式。然后,利用ATP-EMTP软件建立雷击接触网模型,通过仿真分析,接触网的耐雷水平受气温、土壤含水量、土壤类型等环境因素的影响,并提出了相关解决措施。 3＞ 采用折线法确定避雷针的保护范围,研究牵引变电所的防直击雷保护方案,通过计算给出了避雷针与主要配电装置的距离,并建议在成本允许的条件下,建议使用性能优越可控放电避雷针,提高直击雷的防护效果。 4＞ 建立了牵引变压器绕组的多导体传输线模型,仿真分析了绕组的波过程。通过时域分析,当雷电波入侵时,靠近绕组入口处部分的前30匝线圈绕组末端电压幅值及陡度较大,振荡频率较高,因此雷击时主要威胁变压器绕组的第一饼。在时域分析的基础上,从频域的角度出发,通过计算绕组的电压传递函数,分析幅频特性图,找出了发生谐振的具体位置为第1饼的第7和第8匝。在对牵引变压器防雷保护时,不仅需要加装避雷器,还应考虑到牵引变压器绕组纵绝缘的安全可靠,由于雷电流最容易损坏的是靠前部分绕组,因此在对牵引变压器进行防雷时,应加强首端绕组匝间绝缘。 5＞ 电压等级相对较低的牵引变电所二次设备,其正确接地与否是决定二次系统稳定的重要因素。首先,将各屏柜外壳以及屏蔽电缆的屏蔽层均需一点接入一个由铜排构成的接地等电位体上,在设计中,各设备应该严格一点接入等电位铜排。其次,在接地网设计时,不但满足接地电阻的要求,还要考虑跨步电压和接触电压要求,尽量使电网电位均匀,减少对二次设备的损坏。 6＞ 结合综合自动化牵引所的电子设备防雷等级,研究电涌保护器有效保护距离和级间配合问题,得出在配置电涌保护器时,必须考虑保护器与被保护设备间的距离,在多级保护器布置时,必须校验级间距离。在两级的SPD配合中,线路电感影响两级SPD的残压,电感量越大,两级SPD两端电压衰减的越快。线路电感可以调节它们之间的能量分配,线路电感过大、过小都有可能是SPD间能量配合失效。因此,确定SPD的电压保护水平时必须注意,在和被保护设备的耐压水平配合时,还需要考虑到与被保护设备之间的电气距离。 7＞ 针对MOA工作现场的特殊环境,分析了传统MOA在线监测装置的不足,提出了无线多点MOA在线监测系统;完成了测试电路设计、芯片选型以及软件设计,在实验室内完成了整个系统的试验和通信协议的可靠性测试。检测装置具有液晶显示功能,同时增加了无线接口,近距离（20米以内）选用蓝牙接口,远距离选用GPRS远程数据传输接口。 ⑤社会经济效益,存在的问题： 由于本项目的研究成果属于理论成果,课题组下一步的工作是继续深入研究相关内容,积极与铁路局联系,将相关研究成果转换应用安全生产。 ⑥历年获奖情况：无。