带回流线直接供电方式隧道牵引网阻抗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种带回流线直接供电方式隧道牵引网阻抗计算方法，应用于电气化铁路隧道内带回流线直接供电方式牵引供电系统，考虑隧道内包括大地在内的牵引供电系统所有参与传输和回流的导体，将牵引网系统中导体按照传输和回流功能进行分类后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，针对每一个回路，根据构成该回路的各导体半径和空间相对距离参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，求解阻抗矩阵得到各回路的电流分配系数进而得到系统综合阻抗，最后获得带回流线直接供电方式阻抗参数；本发明专利技术方法以系统实际存在的回路为基础，避免了传统以大地作为参考导体构建的模型而出现的复杂情况，减小了求算的复杂性，且能获取牵引网各回路的电流分配系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气化铁路隧道内、采用带回流线直接供电方式牵引供电系统的牵引网电气参数计算方法，特别是阻抗计算方法。
技术介绍
随着我国电气化铁路的发展，开展电气化铁路相关的基础理论研究越发紧迫和必要，其中对电气化铁路牵引网数学模型的精确描述及电气参数的准确掌握是开展牵引供电系统研究的前提。复杂的牵引供电系统，如带回流线的直接供电方式，包括接触线、承力索、回流线和钢轨等线路，形成了复杂的电磁场结构和关系；而隧道内带回流线直接供电方式牵引网所处的电磁环境与普通路段存在明显差异，如隧道近似于四周无限的圆形、各导线间的间距不同等，因此，有必要对隧道内牵引网开展电磁分析，精确计算电气参数，特别是阻抗参数。目前，隧道内牵引网多导体传输线模型普遍以四周无限大地圆形隧道模型的Tylavsky公式为基础，以大地作为参考导体，列写各导体与大地构成的回路自阻抗以及各回路间的互阻抗构成的阻抗矩阵，以此为基础开展计算。由于牵引供电系统是以接触线和承力索作为传输导体，回流线、钢轨、大地等作为回流导体构成的复杂多导体传输系统，以大地作为参考导体构建的模型，增大了求算的复杂性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种应用于电气化铁路隧道内、带回流线直接供电方式的牵引供电系统电气参数计算方法，特别是阻抗计算方法，基于实际回路情况完成精确的牵引网电气参数、特别是阻抗参数的计算。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种带回流线直接供电方式隧道牵引网阻抗计算方法，应用于电气化铁路隧道内带回流线直接供电方式牵引供电系统，考虑隧道内包括大地在内的牵引供电系统所有参与传输和回流的导体，将牵引网系统中导体按照传输和回流功能进行分类后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，针对每一个回路，根据构成该回路的各导体半径和空间相对距离参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，再列写由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵，按此求解矩阵得到各回路的电流分配系数，进而得到系统综合阻抗，最后获得带回流线直接供电方式阻抗参数；包括如下主要步骤：①将隧道内包括大地在内的复杂多导体系统中导体按照传输和回流功能进行分类，其中接触线和承力索为传输导体，大地、回流线、钢轨和综合地线为回流导体，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，将复杂多导体传输系统转化为多传输导体多回流导体回路系统；②针对多传输导体多回流导体回路系统，根据各回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，其中由大地参与构成的回路的自阻抗和互阻抗采用Tylavsky公式计算，其余回路的自阻抗和互阻抗按照基本回路阻抗公式计算；③列写由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵，并根据该矩阵列写各回路电压降与各回路电流的关系等式，由于各回路为并联关系，因此，各回路电压降相等，按此关系，通过求解由阻抗矩阵参与构建的回路电压降与回路电流的关系等式，得到各回路的电流分配系数，进而得到系统综合阻抗。本专利技术方法以系统实际存在的回路为基础，避免了传统以大地作为参考导体构建的模型而出现的复杂情况，减小了求算的复杂性。此外，该方法不仅能计算精确的牵引网阻抗参数，还能获取牵引网各回路的电流分配系数。附图说明图1是不设综合地线单线隧道内牵引网布置。图2是计及单线隧道内牵引网传输回流导体示意图。图3是四周无限大地圆形隧道中的导线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做进一步的详细阐述。本专利技术即提出了一种新的牵引网阻抗计算方法。该方法基于多导体传输系统回路法。以不设综合地线的、采用带回流线的直接供电方式的单线隧道牵引网为例详细阐述相应的各回路分配系数和综合阻抗计算过程。图1显示了带回流线的直接供电方式的单线隧道牵引网布置示意图。图中，假设作为传输导体的接触线与作为回流导体的钢轨1、钢轨2、回流线和大地分别构成回路1、回路2、回路3和回路4；作为传输导体的承力索与作为回流导体的钢轨1、钢轨2、回流线和大地分别构成回路5、回路6、回路7和回路8。当电源为正弦激励时，可得各回路电压降、回路阻抗和各回路电流间的关系如下：式中：Zij(i＝1,2,3,4,5,6,7,8；j＝1,2,3,4,5,6,7,8)为8条回路对应的自阻抗和两两间的互阻抗；Δu1、Δu2、Δu3、Δu4、Δu5、Δu6、Δu7、Δu8分别为8条回路各自的电压降；i1、i2、i3、i4、i5、i6、i7、i8分别为通过8条回路的电流。图2显示了图1对应的计及单线隧道内牵引网传输回流导体示意图。基于图2，隧道牵引网回路划分为两类：导体与导体构成的架空导体回路(回路1、回路2、回路3、回路5、回路6和回路7)，导体与大地构成的大地回流回路(回路4和回路8)。对于前者，采用基本的回路阻抗公式计算，式(2)-式(6)为与回路1相关的自阻抗和与其它回路间的互阻抗计算式。 Z 11 ≈ r 11 + ω μ 8 + j ω μ 2 π l n d 1 2 r 1 r 4 - - - ( 2 ) ]]> Z 12 ≈ ω μ 8 + j ω μ 2 π l n d 1 d 2 r 1 l 45 - - - ( 3 ) ]]> Z 13 ≈ ω μ 8 + j ω μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带回流线直接供电方式隧道牵引网阻抗计算方法，应用于电气化铁路隧道内带回流线直接供电方式牵引供电系统，考虑隧道内包括大地在内的牵引供电系统所有参与传输和回流的导体，将牵引网系统中导体按照传输和回流功能进行分类后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，针对每一个回路，根据构成该回路的各导体半径和空间相对距离参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，再列写由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵，按此求解矩阵得到各回路的电流分配系数，进而得到系统综合阻抗，最后获得带回流线直接供电方式阻抗参数；包括如下主要步骤：①将隧道内包括大地在内的复杂多导体系统中导体按照传输和回流功能进行分类，其中接触线和承力索为传输导体，大地、回流线、钢轨和综合地线为回流导体，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，将复杂多导体传输系统转化为多传输导体多回流导体回路系统；②针对多传输导体多回流导体回路系统，根据各回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，其中由大地参与构成的回路的自阻抗和互阻抗采用Tylavsky公式计算，其余回路的自阻抗和互阻抗按照基本回路阻抗公式计算；③列写由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵，并根据该矩阵列写各回路电压降与各回路电流的关系等式，由于各回路为并联关系，因此，各回路电压降相等，按此关系，通过求解由阻抗矩阵参与构建的回路电压降与回路电流的关系等式，得到各回路的电流分配系数，进而得到系统综合阻抗。...

【技术特征摘要】
1.一种带回流线直接供电方式隧道牵引网阻抗计算方法，应用于电气化铁路隧道内带回流线直接供电方式牵引供电系统，考虑隧道内包括大地在内的牵引供电系统所有参与传输和回流的导体，将牵引网系统中导体按照传输和回流功能进行分类后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，针对每一个回路，根据构成该回路的各导体半径和空间相对距离参数推导计算出各回路的自阻抗以及不同回路间的互阻抗，再列写由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵，按此求解矩阵得到各回路的电流分配系数，进而得到系统综合阻抗，最后获得带回流线直接供电方式阻抗参数；包括如下主要步骤：①将隧道内包括大地在内的复杂多导体系统中导体按照传输和回流功能进行分类，其中接触线和承力索为传输导体，大地、回...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，邓云川，黄可，宋小翠，成业，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51