动车组升降弓过电压及抑制措施仿真探究

动车组升降弓过电压及抑制措施仿真探究

马越

中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 064000

摘要：动车行驶具有行车速度快以及移动冲击负荷等特征，很容易会在牵引系统中产生过电压。为避免过电压对动车正常运行产生干扰，需要展开适当抑制措施，以便为列车行驶创造出更加安全的环境。通过对动车组升降弓过电压的分析，对过电压抑制方式展开仿真探究，并会针对结果对比展开分析，期望能够为我国动车事业发展提供一些理论方面支持与助力。

关键词：升弓；降弓；仿真模型；抑制措施；过电压；互感器

高度列车运行速度和牵引回流有密切关联，为保证动车行车速度，列车牵引回流呈现出逐渐增加趋势，动车在行驶过程中的升降弓以及过分相频率也变得更高，过电流以及过电压等问题出现概率随之出现上升状态。为对升降弓过电压形成有效抑制，确保动车组行驶效率与安全性，对升降弓过电压相关内容展开分析显得极为必要。

一、动车组升降弓过电压分析

动车组成较为复杂，牵引功率相对较高，具有明显的牵引电流大以及行驶速度快等特征，车载电气设备不仅要承受正常电压，同时还要经受各种过电压冲击，很容易会出现承受电压负荷过大的状况，会对电气设备形成严重破坏，造成设备绝缘性能下降等状况，会对列车正常行驶形成直接干扰。在具体展开列车电路结构设计过程中，需要对过电压所产生影响展开全面性分析，以便制定出较为有效的过电压抑制方案。

在受电弓升降弓时，列车会通过对控制气阀的运用，对压缩空气在受电弓气动装置中的进出展开控制。其中在进行升弓时，会通过对受电弓上升速度的控制，降低此过程对于接触导线的影响；而在实施降弓时，也会通过对受电弓下降速度的管控，达到有效规避拉弧问题。由于在升降弓过程中会产生一定量的过电压，所以需要做好抑制，以防造成重大安全隐患。

二、抑制措施仿真研究

（一）仿真模型

在实施仿真模型建设时，会通过对MATLAB软件的运用，借助软件电力系统工具箱所带有的仿真电力系统，展开仿真模型建设与分析。本次仿真模型建设，以电压互感器模型建设为主，在具体建模过程中会通过对软件自身带有功能的运用，展开饱和变压模型建设，并会对铁心线圈漏抗以及铁损等作用展开充分分析，会对实际PT特性展开真实模拟，以便获得更加准确、真实的仿真结果。精准展开PT励磁特性设置，是保证模型建设质量的关键所在，技术人员可通过实施实测手段以及查阅资料等方式，确定PT励磁特性。

（二）系统接线

仿真模型中运用弓网电弧模型是从有关机构电弧模型库中提取的，采用麦也尔电弧模型，可实现对小电流电弧过程的仿真模拟。在开启Mayr电弧模型对话框之后，技术人员可按照具体需要，展开散热功率以及电弧时间常数等参数设置，并完成断路器触头分离时间选择与设计。人员可通过对万能测量模块的运用，展开PT一次绕组电流与电压数值测试，高质量完成各项接线操作。

（三）结果分析

1.降弓仿真

降弓仿真采用的是弓网电弧模型，在运用模型过程中，会先展开车顶电缆长度以及电弧初始燃烧时间设置。在正常运转状态下，互感器一次测电流数值极低，励磁电流可以忽略不计，而在断路器工作瞬间，电压互感器铁心会释放处一部分电场能量，产生振荡回路。当铁心电感在过电压状态下进入到饱和区之后，励磁电流会呈现出急剧上升趋势。由于互感器多位于动车车顶位置，车顶热量会经由互感器金属底座进入到互感器之中，此时因为受到互感器自身散热功能以及受电弓升降等因素干扰，会直接加快绝缘介质蒸发速度，增加互感器内部压力，进而导致互感器爆炸或损毁。

2.升弓仿真

完成电源有效值以及频率设置之后，对升弓和过电压产生直接关联展开分析。由于过电压产生和电压相位角有密切联系，在270°和90°附近过电压数值最高，所以应尽量避免这两个位置，以防对互感器使用产生影响。

（四）电压互感器危害

在升弓过程中，可能会因为过电压影响而造成互感器下一次侧绕组被击穿的状况，会引发互感器炸裂或匝间短路等问题。同时升弓也会引发奇次谐波分量状况，会生成电磁对周边通信设备运转形成干扰。升弓所造成的过电压幅值过大问题，会对互感器绝缘性能形成破坏，但如果其励磁电流在0.02mA左右，小于其正常工作电流，在升弓时并不会出现热量积累问题。在进行降弓时，因为过电压幅值相对较低，励磁电流数值过大，所以也会造成互感器过热问题。鉴于此，在对过电压问题实施处理时，需要做好升降弓过电流问题处理。

（五）抑制策略

按照上述分析，技术人员制定了以下几项针对性措施：①尽量避免在270°以及90°位置实施升弓处理，可通过在360°或其他适合位置实施升弓的方式，对过电压形成有效抑制；②做好电压互感器选择，保证设备励磁伏安特性，以便实现对互感器铁磁谐振问题的有效处理；③因为考虑到高压电缆电容问题，为避免电容会对仿真结果产生干扰，可通过对高压电缆实施切除的方式，利用电压互感器和电容的并联处理，实现对过电流以及过电压的科学控制。虽然在电缆切除之后，仍然会产生一定量铁磁谐振，但互感器电流以及电压得到了有效控制，表明抑制手段有效。

三、结果对比分析

为对仿真结果展开验证，技术人员对列车实施了过电压现场检测试验，测试原理如图1所示。在具体展开测试时，技术人员将接线夹防止在了钢轨以及车顶两个测试位置，并对测试点实施了打磨处理。在完成打磨处理后，将接线夹引出并分别和千分分压器展开高低端展开了连接。因为升降弓和接触网网压相位控制难度相对较大，所以需要实施多次测试，且要从结果中选出最大值，和仿真结果实施对比与分析。

图1

经过分析得到以下结论：①在降弓过程中，电压互感器励磁电感会和高压电缆电容组成振荡回路，会产生低频铁磁谐振，此时会产生的过电压幅值相对有限，但因为互感器一次绕组所经流电流幅值相对较大，所以很容易会造成严重发热问题，会对互感器正常使用产生不利影响；②在升弓过程中，会产生较高幅值过电压，其中在电压相位角270°以及90°附近过电压问题严重程度最高，会对互感器绝缘性能产生直接威胁；③上文中提出，通过实施高压电缆切除的方式，对降弓过电压问题展开处理，并要保证受电弓和电压互感器、电容保持着并联状态，经过验证，此种方式可实现对电压互感器励磁电流的有效控制，处理效果较为理想。

结束语：

通过本文对动车组升降弓过电压相关内容的阐述，使我们对升降弓过电压基本情况以及有效抑制方式有了更加清晰的认知。鉴于过电压对动车组行驶所产生的不利影响，有关部门需要进一步加强对过电压抑制方式的研究力度。不仅要利用仿真模型，做好问题分析，同时还要以问题为引导展开抑制措施编制，以便获得针对性较强且执行度较高的抑制策略，达到对过电压问题展开高质量处理的目标，以为动车组安全平稳运行创造出更加优质的环境。

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