基于链式CA理论和潜在电路拓扑的谐振过电压抑制研究

潜在谐振过电压是指电路中潜藏着引起谐振过电压的通路，它容易造成电气设备的损坏、跳闸或停电事故，由于潜在谐振过电压的电路具有隐蔽性且常伴随暂态过程，建立高阶微分解析模型较为困难。本项目以高速电力"机车-电分相-牵引网"运行和过渡过程为研究对象，利用复杂性科学中的元胞自动机理论以及拓扑算法对潜在谐振电路和所诱发的过电压及其抑制方法进行基础科学研究。具体内容包括：(1)机车通过关节式电分相诱发潜在谐振通路产生过电压的模型与仿真；(2)研究链式元胞自动机模型、演化数值模拟与细胞电路的扩散规律，找出所有潜在谐振通路；(3)多重因素综合影响下的谐振回路参数特征、模型重构与谐振抑制。本项目旨在试验研究基础上，通过实验室仿真和元胞模拟实验，研究潜在过电压的影响因素，揭示诱发暂态谐振过电压的条件、机理和规律，为抑制高速铁路中的潜在过电压奠定理论与技术基础。

本项目旨在揭示电力机车通过关节式电分相诱发过电压的机理，研究中性线发生电压振荡与机车受电弓上产生过电压的关系，从而通过抑制铁道牵引网中潜藏的振荡电压达到削弱或抑制分相过电压的目的，以防止过电压击穿绝缘、损坏电气设备问题。通过研究电磁暂态的相关理论模型，并针对牵引网和关节式电分相的具体结构，对分布参数和感应残压进行理论计算分析，建立链式电路模型。针对机车在牵引网和电分相中运动和暂态过渡变化的电路形式，利用时序分析法和元胞推演法，考虑机车运动和牵引供电方式的变化对过电压的影响，通过链式网络拓扑分析确定过电压发生时刻牵引供电运行方式和列车运行位置。通过若干时序开关对机车位置的控制，对七跨/八跨锚段关节式电分相单、双中性段的机车-电分相-牵引网联合仿真，观测电分相中性段电压幅值和频率的变化，确定了中性段的振荡残压及其与受电弓接触瞬间的弓网电压相角差，对暂态过渡过程具有较大的影响，并与观测到的现场实验现象、实验数据进行了比较和论证。. 研究结果表明：通过阻容进行能量吸收，可以削弱机车在中性段惰行滑动时，中性线与受电弓、高压互感器之间的电压振荡；同时将中性导线分段进行隔离，配置双中性段，并构成八跨双中性段的阻容保护，将使由于电压振荡和暂态过渡产生的过电压抑制效果更明显，减小对机车车顶绝缘和牵引供电的过电压冲击，具有重要意义。