高速鐵路高架橋接觸網系統引雷特性研究

《高速鐵路高架橋接觸網系統引雷特性研究》是依託西南交通大學，由李瑞芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路高架橋接觸網系統引雷特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李瑞芳
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

雷擊是影響高速鐵路安全運營的主要因素之一，高速鐵路引雷特性的研究對鐵路防雷措施的提出具有重要指導意義。高速鐵路由於大面積採用高架橋結構，使得牽引網對地高度增加，引雷範圍增大，比普速鐵路遭受雷擊機率大得多。高速鐵路對安全性的要求又高於普速鐵路，因此，專門針對高速鐵路高架橋接觸網系統進行引雷特性研究十分必要。. 本項目擬通過最佳化模擬電荷法研究雷電先導作用下的高架橋電荷分布；研究隨著下行先導發展，高架橋及接觸網周圍感應電荷的動態變化，進而研究雷電通道任一點的場強動態變化。結合所計算的動態場強，計算該空間任一點處先導往臨近點的發展機率，模擬先導通道的分形發展過程；研究雷電流幅值、雷電先導位置、高架橋參數等變化時雷擊路徑的變化，給出高架橋接觸網系統引雷範圍和落雷密度隨相關因素的變化規律。

結題摘要

我國高速鐵路建設中多採用高架橋，導致接觸網導線對地高度增加，引雷範圍增大，因此針對我國高速鐵路接觸網引雷特性研究十分必要。本項目基於分形理論，建立了符合我國高鐵接觸網系統實況的雷擊分形模型，實現了接觸網系統雷擊路徑的分形模擬。研究了高速鐵路雷電上行先導的起始條件隨雷電流幅值、高架橋高度等相關因素的變化規律，發現只有當高架橋高度為30米，雷電流幅值為190 kA的極限條件情況下，AF線最大表面場強才能達到上行先導起始的臨界條件，因此可認為接觸網系統在雷電先導躍變前不會產生上行先導。 研究了高速鐵路接觸網各導線的雷擊率及高架橋接觸網系統的引雷範圍。發現AF線均能有效禁止T線和PW線，左右AF線的雷擊率以高架橋剖面的中心線為中心呈對稱分布，當下行先導水平位置偏離高架橋剖面中心線70m時，該側的AF線雷擊率達到最大值。AF線和T線工作電壓幾乎不影響引雷範圍。給出了不同雷電流幅值下高架橋的引雷範圍，如 45kA時，隨著高架橋高度從5米增加到30米時，引雷範圍從304增加到436米。 對比研究了平地落雷分布規律及高架橋對落雷分布影響，發現當先導位置不變時，平地的地面落雷分布以先導水平為中心呈常態分配，當高速鐵路高架橋修建後，受高架橋引雷的影響，近地面落雷分布分為完全螢幕蔽區、部分禁止區、危險區以及正常區；給出了高架橋高度及雷電流幅值對地面落雷分布影響規律；提出了高架橋接觸網系統附近地面落雷分布估計方法。 建立了雷擊高架橋接觸網系統的三維電場仿真模型，研究了高架橋內部鋼筋對接觸網系統雷擊特性的影響，發現高架橋的鋼筋網狀結構會削弱各導線周圍的電場，降低接觸網系統的雷擊率。提出了高架橋接觸網系統電容串聯分壓等效模型，闡明了高架橋結構鋼筋造成導線感應電壓下降，雷擊率減少的機理。 本項目的研究對我國高速鐵路雷電防護奠定了良好的理論基礎，也對普速鐵路、城市軌道交通接觸網系統雷電防護具有重要的參考價值。