地磁暴对高铁牵引变压器特性的影响研究

发布时间：2017-06-14 20:03

  本文关键词：地磁暴对高铁牵引变压器特性的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国高铁的迅猛发展,与其相关的安全性研究已经逐渐成为高铁领域的核心问题。尤其近些年来,国内外的专家学者对空间气象所带来的影响尤为专注。地磁暴作为一种极端空间天气,发生时,会影响长距离输电线路的正常运行,国内外已发生多次由地磁暴所引发的电力事故。因为高铁牵引供电系统类似于电力系统,均为长距离输电工程；且我国高铁建成时间短,尚未经历过太阳黑子极大期的考验：牵引变压器作为系统中的接地点,受地磁暴影响的可能更大,所以,研究地磁感应电流(GIC, Geomagnetically Induced Current)对牵引变压器特性的影响,具有很强的前瞻性和重要的社会意义。本文首先介绍了高铁牵引供电系统的构成,分析了当地磁暴发生时,GIC侵入牵引供电系统的机理。本文通过建立牵引供电系统的等效电阻模型,推导出GIC的理论幅值估算式。代入相关参数,得出GIC的理论估算范围。为确定牵引变压器中是否真实存在GIC,本文设计研发了GIC监测装置,并利用Multisim仿真软件搭建作为监测装置核心部分的电流调理电路,并验证了电路的可行性。本文将该装置投入运行,并完成了中国高铁领域内对GIC的第一次实测。通过将监测数据与空间气象预报对比,验证了监测数据的准确性。从而确定在牵引变压器中确实存在GIC。本文基于Matlab搭建单线式、全并联式AT供电系统模型,通过仿真分析确定GIC的变化范围,验证GIC的理论估算公式。创新性地提出了牵引网等效电阻不对称度的概念。搭建牵引变压器空载试验模型,得到牵引变压器励磁电流畸变率随着GIC幅值的增加而增加、也随着等效电阻不对称度的增加而增加的规律。证明了GIC对牵引变压器励磁特性存在的影响。基于Ansoft Maxwell搭建牵引变压器的有限元模型,得到牵引变压器铁芯内磁链、磁密、漏磁、铁芯损耗、绕组损耗随着GIC幅值的增加而增加、也随着等效等效电阻不对称度的增加而增加的规律。证明了GIC对牵引变压器电磁特性存在的影响。针对GIC影响牵引变压器工作特性的现象,本文介绍了相应的抑制措施,并重点介绍了牵引变压器中点接地线串联电容和附加绕组补偿电流两种方法。通过仿真验证,抑制效果良好。
【关键词】：地磁暴 地磁感应电流 牵引变压器 等效电阻不对称度
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U224.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 选题背景及研究意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 论文的主要内容15-18
• 2 GIC侵入高铁牵引变压器的研究18-30
• 2.1 高铁牵引供电系统的构成18-24
• 2.1.1 AT供电方式的工作原理18-20
• 2.1.2 高铁牵引变压器的接线方式20-23
• 2.1.3 自耦变压器原理23-24
• 2.2 GIC侵入高铁牵引变压器的机理24-25
• 2.3 牵引变压器中GIC的幅值估算25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 GIC的监测与分析30-44
• 3.1 GIC监测的必要性分析30
• 3.2 监测装置的设计30-36
• 3.2.1 GIC监测的基本要求及结构30-31
• 3.2.2 霍尔电流传感器的工作原理31-33
• 3.2.3 监测装置电流调理电路的设计与仿真33-36
• 3.3 GIC的实测36-41
• 3.3.1 GIC监测装置的投入运行36-38
• 3.3.2 GIC的监测数据38-41
• 3.4 监测数据的分析与验证41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 GIC对高铁牵引变压器励磁特性的影响44-64
• 4.1 GIC影响牵引变压器励磁特性的机理44-48
• 4.1.1 GIC引发变压器发生直流偏磁的原理44-45
• 4.1.2 不同接线牵引变压器承受GIC的能力45
• 4.1.3 V/X接线牵引变压器的等效电路45-47
• 4.1.4 V/X接线牵引变压器受GIC影响的原理47-48
• 4.2 AT供电系统的建模与仿真48-54
• 4.2.1 AT供电系统的参数及仿真模型48-51
• 4.2.2 GIC 幅值的仿真计算51-54
• 4.3 牵引变压器励磁电流受GIC影响的规律54-62
• 4.3.1 空载试验模型搭建54-55
• 4.3.2 等效电阻不对称度55-57
• 4.3.3 仿真结果分析57-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 GIC对高铁牵引变压器电磁特性的影响64-90
• 5.1 电磁场有限元分析法64-66
• 5.1.1 电磁场基本理论64-65
• 5.1.2 有限元分析法的基本原理65-66
• 5.2 有限元模型的参数计算66-69
• 5.2.1 铁芯参数计算66-67
• 5.2.2 绕组匝数计算67-68
• 5.2.3 牵引变压器有限元模型建立68-69
• 5.3 GIC对牵引变压器磁场影响的仿真与分析69-79
• 5.3.1 GIC影响牵引变压器铁芯内磁链的仿真与分析69-72
• 5.3.2 GIC影响牵引变压器铁芯内磁密的仿真与分析72-76
• 5.3.3 GIC影响牵引变压器铁芯外漏磁的仿真与分析76-79
• 5.4 GIC影响牵引变压器损耗的仿真与分析79-88
• 5.4.1 GIC影响绕组损耗的仿真与分析79-84
• 5.4.2 GIC影响铁芯损耗的仿真与分析84-88
• 5.5 本章小结88-90
• 6 GIC影响牵引变压器的抑制措施90-96
• 6.1 绕组中点接地线串联电容法90-92
• 6.2 附加绕组补偿电流法92-94
• 6.3 其他方法94-95
• 6.4 本章小结95-96
• 7 结论与展望96-98
• 7.1 结论96-97
• 7.2 展望97-98
• 参考文献98-100
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果100-104
• 学位论文数据集104

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本文编号：450369