一种高速列车弓网离线电弧的测试模型

本发明属于轨道交通的电气工程，具体涉及一种高速列车弓网离线电弧的测试模型。

背景技术：

1、在高速电气化铁路领域中，目前对弓网离线电弧模型的研究应用比较广泛的一种电弧建模方式是：忽略电弧内部复杂的物理和化学过程，仅通过电弧的外部特性，将其看作是一个二端口元件并建立黑盒电弧模型。

2、但是该模型其没有专门分析高速列车经过电分相处的电弧特点，没有研究合力场作用下电弧长度与离线距离之间的关系，目前大部分都是在经典黑盒模型的基础上进行参数修正，而且参数修正多是在一定的假设条件下取近似值，所以其准确性有待提高，同时现有涉及气流场对电弧影响的文献大部分都不是针对高速列车弓网离线产生的电弧，少数涉及到气流场对弓网离线电弧影响的研究中，也没有考虑列车经过电分相这种特殊位置时电弧的状态不同，气流场的影响结果也不相同。

技术实现思路

1、本发明的目的是：旨在提供一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，用于解决背景技术中提到的问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，针对高速列车在经过电分相时产生的弓网离线的状态，分析高速气流场横、纵向吹弧造成的合力场影响，计算在电分相处电弧与列车车顶水平面之间的夹角，其电弧长度与弓网离线距离之间的关系，由此提出在电分相处离线电弧耗散功率和电弧电压的求解方式，并以此建立了电弧模型，具体步骤如下：

4、步骤一：在列车运行时因机械抖动和供电线路换相因素，高速列车在经过接触网导线的普通点和电分相时均会发生弓网离线现象并产生离线电弧，电分相处的电弧受到横、纵向吹弧的共同影响，此时针对于电弧的对流功率建立公式；

5、步骤二：针对于列车普通点电分相处的弓网电弧均会受到横向吹弧影响情况的状态，引入横向气流对电弧直径的影响，代入单位弧长横向吹弧产生的对流功率，即可得到修正后的单位弧长横向吹弧产生的对流功率；

6、步骤三：针对于仅在电分相处的弓网电弧会受到纵向吹弧影响的情况，引入气流吹弧的风载荷力、电弧燃烧发热产生的热浮力以及磁场力，并在列车经过电分相时，根据拉弧情况最严重的电弧状态来研究电分相处的弓网离线电弧，代入单位弧长纵向吹弧产生的对流功率，即可得到修正后的单位弧长纵向吹弧产生的对流功率；

7、步骤四：利用修正后的单位弧长横向吹弧产生的对流功率和修正后的单位弧长纵向吹弧产生的对流功率，推导出列车经过电分相时所产生的弓网离线电弧的对流功率、电分相处产生的电弧的总耗散功率和电弧电压；

8、步骤五：整合列车经过电分相时所产生的弓网离线电弧的对流功率、电分相处产生的电弧的总耗散功率和电弧电压代入传统的habedank电弧模型式，从而可以得到高速列车在经过电分相时所产生的弓网离线电弧的修正后的电弧模型。

9、相较于现有技术本发明至少具有以下优点：

10、本发明提供的模型能够描述高速列车在不电分相处产生的弓网离线电弧的状态与特点，相较于现有模型，其模型表达更为准确，针对于列车经过电分相时产生的离线电弧状态进行分析和模型矫正，在进一步研究离线距离和电弧长度的关系时，进一步引入电弧受到的合力场影响因素，因此能够进一步提高电弧长度与离线距离的关系准确性。

技术特征：

1.一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：针对高速列车在经过电分相时产生的弓网离线的状态，分析高速气流场横、纵向吹弧造成的合力场影响，计算在电分相处电弧与列车车顶水平面之间的夹角，其电弧长度与弓网离线距离之间的关系，由此提出在电分相处离线电弧耗散功率和电弧电压的求解方式，并以此建立了电弧模型，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤一中电弧的对流功率具体为：

3.根据权利要求2所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤二中，当列车经过普通点时，弓网离线情况不太严重，此时弓网离线离线距离较短，在该处产生的离线电弧垂直于列车车顶的水平面，即普通点处弓网离线电弧的电弧长度lcom与弓网的离线距离dlx近似相等，所以在普通点产生电弧的对流功率pk中只有横向吹弧产生的对流功率pkt存在，此时单位弧长横向吹弧产生的对流功率pk′t可以表示为：

4.根据权利要求3所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤三中，当高速列车经过电分相时，受电弓必须与原来的接触网导线分离进入电分相的中性线以便实现换相，所以高速列车在电分相处发生的弓网离线情况比在普通点处严重，此时弓网离线的距离较长，离线电弧与列车车顶水平面之间所形成的夹角不能忽视，所以在电分相点处产生的电弧的对流功率pk中横向吹弧产生的对流功率pkt和纵向吹弧产生的对流功率pkl均存在；

5.根据权利要求4所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：针对于风载荷力fwind的计算，假设长电弧中每个电弧微元所处位置的风速不变，则电弧微元受到的风载荷力可以表示为：

6.根据权利要求5所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤三中，根据仿真模拟可以得到弓网离线距离电弧的初始长度为5mm，电弧因为外力被拉伸到的最大弧长为8.4mm，此时根据拉弧情况最严重的电弧状态来研究电分相处的弓网离线电弧，则此时电弧的长度lneu是弓网离线距离dlx的1.68倍，则lneu和车速v之间的关系可以拟合为：

7.根据权利要求5所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤四中，利用式1、式4、式13和式15可以推导出列车经过电分相时所产生的弓网离线电弧的对流功率pk(neu)为：

8.根据权利要求5所述的一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，其特征在于：所述步骤五中，将式16、式17和式18代入传统的habedank电弧模型中，其表达式为：

技术总结本发明属于轨道交通的电气工程技术领域，具体涉及一种高速列车弓网离线电弧的测试模型，本发明提供的模型能够描述高速列车在电分相处产生的弓网离线电弧的状态与特点，相较于现有模型，其模型表达更为准确，针对于列车经过电分相时产生的离线电弧状态进行分析和模型矫正，在进一步研究离线距离和电弧长度的关系时，引入电弧受到的合力场影响因素，因此能够进一步提高电弧长度与离线距离的关系准确性。技术研发人员：唐毓涛,刘希军,李鑫,刘洋,谭壹方受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院技术研发日：技术公布日：2024/11/4