地铁牵引供电接触网系统电磁场空间分布研究

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1、地铁牵引供电接触网系统电磁场空间分布研究【摘要】在地铁牵引系统中，供电接触网能够产生电磁场，进而对一定范围内的磁性物体产生干扰。论文将基于有限元法，对列车不同的运行状态及情境进行不同的磁场分布影响分析，通过不同磁场空间分布的计算与模拟结果，记录不同供电方式下的借鉴点，并对北京市地铁特定区间接触网进行仿真，得出不同可行方法。中国3/vie　　【Abstract】Inthesub，thepoagicfield，andinterfereagicobjects.Inthispaper，theinfluenceofdifferentmagicf

2、ielddistributionondifferentrunningstatesofthetrainisanalyzedbasedonthefiniteelementmethod.Throughthecalculationandsimulationresultsofthedifferentmagicfieldspatialdistribution，recordingreferencepointsofdifferentpoodes，andsimulatingthecontactethodsareobtained.　　【关键词】地铁接触网

3、；有限元法；电磁场空间；分布研究　　【Keyentmethod；electromagicfield；distributionstudy　　【中图分类号】U223.8【文献标志码】A【】1673-1069（2017）03-0094-03　　1引言　　目前，我国针对地铁牵引供电接触网系统磁场空间分布方面的研究较少，根据相关资料的查阅，我国主要研究过针对铁路架设方面的电气化接触网设计，分析了其周边静态电磁场分布特性。但是，与地铁牵引供电接触网的封闭空间磁场分布特性具有一定区别。根据以往对典型地铁供电接触网供电方式的分析，从电场与电磁环境角度

4、对两种供电方式进行比较。为我国地铁轨道牵引供电接触网系统设计提供一定的依据和参考。　　2轨道交通牵引供电接触网系统设计　　轨道交通牵引供电接触网系统包括以下几部分：电网输入线路、牵引接触网、回流线、牵引变电站等，这几个部分构成一个网络系�y。其中，接触网分为轨道式接触和架空式接触两大类。我国地铁轨道牵引供电接触网系统采用的是等级为750V的接触轨直流电压，或者1500V的架空接触网直流电压。二者的型号分别选用DC750V接触轨供电，DC1500V架空接触网供电[1]。　　DC750V接触轨供电方式的优势是结构简易，状态稳定，安全系数高

5、，一旦发生故障，具有充足的抢修时间，维修简便，使用寿命长，降低净空减少工程量，具有可靠性。接触轨由于结构特点需要设置安全保护罩，发生停车故障疏散乘客的过程中，需要提前断电。相对而言，DC1500V架空接触网供电，在发生停电故障时，乘客及工作人员的安全性得到一定程度的保障。但是在维修上，架空接触网断面大，导线位置高，检修配备复杂，给工作人员带来不便，延长了维修时间。与DC750V相比，供电电压较高，引起的牵引供电距离较大，减少了接触网供电线路上的损耗。　　综上所述，DC750V接触轨供电方式及DC1500V架空接触网供电方式都可以在某些

6、方面满足运营要求，但是，在功能与技术上存在比较大的差异。从空间位置及结构分布方面看，接触轨方式的运行可靠安全性较高，架空接触网对人员的安全系数较高。　　3有限元法基本原理　　有限元法是一种基于变分原理的数值计算方法。其基本计算过程是，将磁场剖分为多个有限单元，每个单元节点上设置不同的函数关系，使其求解函数值在单元节点上随着坐标变化，再构造插值函数，代入到积分式，将函数组转化为多元函数，从而得出代数的方程组合。最后根据边界条件进行特定范围的取值，将得出的函数关系编入程序中，求得数值解。其中应用的理论包括麦克斯韦方程、宏观电磁理论、泊松方

7、程、静电场下的地铁接触网转化公式。需要的函数系数包括磁场强度、电通密度、电场强度、磁感应强度、传导密度、磁导率、空间电荷密度等[2]。　　4地铁牵引供电接触网电磁场空间分布　　4.1DC750V接触轨供电方式磁场分布分析　　接触网属于城市轨道交通中的附加部分，通过接触网为电动车组供电。运行工作中，电动车组与之接触的方式传送电能。接触轨上的直流额定电压值是750V，允许波动范围为500～900V，有效电流持续峰值为3000A，供给的电流经过轨道后返回牵引变电所。以北京地铁A区间为例，隧道与走行轨的特性如表1所示。　　表1北京地铁A区间接

8、触网特性　　■　　DC750V接触轨的电磁分布分析，可以通过有限元法，将磁场分为多个单元空间，计算出每个空间的电磁场数值。经过DC750V供电方式对有无列车两种场景的磁场分布研究可知，磁场分布主要集中在导磁的存在处，包括