高速鐵路高架橋區(qū)段雷擊電磁暫態(tài)模型研究.pdf

1、我國高速鐵路在設計建造中大量采用高架橋結構，已開通高速鐵路中高架橋區(qū)段比例達54％。相比路基段，高架橋區(qū)段接觸網位置較高，學者通過電氣幾何模型和先導傳播模型研究發(fā)現(xiàn)，高架橋區(qū)段接觸網引雷范圍增加，遭受雷擊概率增大。雷擊高速鐵路接觸網可能導致運行故障，引起列車延誤，嚴重時會危害列車安全和人員安全。由于高架橋內部鋼筋網狀結構存在，雷擊時高速鐵路高架橋區(qū)段的電磁暫態(tài)過程復雜，且高架橋有不同結構形式和幾何參數(shù)，得到準確的高架橋電磁暫態(tài)模型難度較

2、大。因此，推導高速鐵路高架橋區(qū)段電磁暫態(tài)模型，在此基礎上進行雷擊特性研究，對于高速鐵路雷電防護具有重要意義。
　　首先，分析了常見雷電流頻譜，確定了進行雷擊電磁暫態(tài)研究時需要考慮的頻率范圍。其次，基于“黑箱理論”將高架橋作為整體考慮，以接觸網支柱底端為端口，研究端口阻抗特性，并分析了結構形式和幾何參數(shù)對高架橋阻抗特性的影響。再次，利用矢量匹配法求取高架橋阻抗函數(shù)，根據電網絡理論知識推導高架橋阻抗函數(shù)對應無源端口等值電路，選擇不同雷

3、電流波形對等值電路進行沖擊條件下等效性驗證。然后，研究了不同絕緣子閃絡判據的差異，建立了高速鐵路高架橋區(qū)段雷擊電磁暫態(tài)模型。最后，利用建立的高速鐵路高架橋區(qū)段電磁暫態(tài)模型，研究了雷擊點、接地電阻和高架橋高度因素對于接觸網耐雷水平影響。
　　通過分析雷電流頻譜，確定電磁暫態(tài)研究時計算頻率范圍應高于5MHz。研究發(fā)現(xiàn)幾何結構對高架橋阻抗特性有較大影響，不同高架橋阻抗曲線峰值數(shù)量、峰值幅值和峰值間隔有差異，首個峰值高于后續(xù)峰值，且首個峰

4、值位于0～5MHz頻率范圍內。經驗證，等值電路可以在沖擊條件下等效高架橋。實際運行時絕緣子兩端電壓波形不是標準波形，判斷采用定義法判據絕緣子不正確，發(fā)現(xiàn)采用先導法判據絕緣子閃絡符合物理過程。計算了兩種典型波形雷電下高架橋區(qū)段接觸網耐雷水平，發(fā)現(xiàn)繞擊耐雷水平較小，僅為-3.2～-3.4kA，基本不受接地電阻和高架橋影響。反擊耐雷水平隨著接地電阻增大、高架橋橋墩高度增加而減小。在波前時間較短雷電流雷擊時，反擊耐雷水平要遠低于波前時間較長雷電