弓网电弧光谱与电磁辐射特性研究

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1、国内图书分类号：TM501密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文弓网电弧光谱与电磁辐射特性研究年级2015级姓名胡怡申请学位级别工学硕士专业电气工程指导老师吴广宁教授二零一八年五月ClassifiedIndex：TM501U.D.C：621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHESPECTROSCOPICANDELECTROMAGNETICRADIATIONCHARACTERISTICSOFPANTOGRAPH-CATENARYARCGrade：

2、2015Candidate：HuYiAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpeciality：ElectricalEngineeringSupervisor：Prof.WuGuangningMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要受电弓滑板与接触线间的良好接触，保障了高速铁路动车组稳定受流。高速铁路速度的提升，导致弓网系统振动加剧，离线频繁，电弧频发。弓网电弧作为一种高温等离子体，会对受电弓滑板和接触网导线造成严重侵蚀。此外，弓网电弧会辐射出高频带高强度的电磁辐射噪声，干扰列车通讯设备和信号系统的正常

3、工作。然而目前对弓网电弧着重于监测和电气参数的测量，缺乏对弓网电弧等离子体参数及电磁辐射特性的分析，未能以定量角度探明运行条件对弓网电弧的影响规律。因此有必要开展弓网电弧等离子体参数和电磁辐射特征参量的研究，以便深入了解弓网电弧的燃弧和电气损伤机理。本文首先针对弓网电弧等离子体内部参数及其影响规律开展了研究，搭建了弓网电弧光谱检测平台，基于发射光谱诊断原理，采集并归属了弓网电弧等离子体的发射光谱。并根据弓网电弧发射光谱的特点，选择特定谱线计算了弓网电弧的激发温度、电子密度，并通过分子谱线拟合软件Specair和LIFBASE仿真计算了弓网电弧

4、气体温度。将采集的电弧光谱进行阿贝尔逆变换，研究了弓网电弧等离子体激发温度和电子密度的空间分布特点。探明了电弧电流和弓网间距对等离子体参数的影响规律。基于光谱诊断法和红外图像，研究了降弓过程中弓网电弧等离子体与电极温度的变化规律，探明了弓网电弧等离子体参数的动态特性。该研究有助于为仿真模型提供准确的数据参考，进一步揭示弓网系统的电气损伤机理。同时，采用仿真软件AnsoftHFSS，搭建了四阶Hilbert天线模型，分析了天线的导线宽度、介质板厚度和馈电点位置对天线性能的影响规律，优化了Hilbert天线设计以适用于弓网电弧电磁辐射检测。实现了

5、四阶Hilbert天线实物化，利用矢量网络分析仪，测量了实物Hilbert天线的驻波比，对比分析了天线性能参数的仿真与实测结果。基于弓网电弧电磁辐射测试装置，同步测量了弓网电弧电磁辐射和电压电流信号，探明了电弧电磁辐射产生机理，完成了对弓网电弧电磁辐射信号的FFT变换，得出了弓网电弧电磁辐射频谱特征。该研究有助于实现对电弧检测的设备小型化，为实现弓网电弧的电磁兼容标准的建立提供理论支持和数据参考。关键词：弓网电弧；光谱诊断；气体温度；电子密度；Hilbert天线；电磁辐射西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThegoodco

6、ntactbetweenthepantographboardandthecontactlineensuresthestableflowofthehigh-speedrailway.Sincethespeedofhigh-speedrailwayincreases,thevibrationbetweenthepantographandthecatenaryintensifies,whichleadstothefrequentoff-lineandthefrequentoccurrenceofpantographarcing.Thepantogr

7、aph-catenaryarcplasma,withhighenergyandhightemperature,canseriouslyablatethepantographstripandcatenarywire,threatingthetrainsafety.Inaddition,thepantographarcalsoreleaseshighintensityandwidebandelectromagneticradiation,interferingwiththeworkoftraincommunicationequipmentands

8、ignalsystem.However,theresearchesofpantographarcaremainlyfocusedonmonitoringonline