1.一种高速铁路轨道电路系统雷击风险的评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,轨道电路系统基本参数的采集和雷电流幅值范围的设定;
采集轨道电路系统基本参数,所述基本参数包括钢轨传输线单位长度参数、信号电缆传输线单位长度参数、接触网导线参数、雷电参数和轨道电路系统设备绝缘雷击耐受水平参数;采用扫频法获得轨道电路系统关键设备的端口频域传递特性,所述关键设备包括调谐匹配单元、模拟网络盘、隔离变压器;
首先根据已知的观测数据,将需要估计的雷电流幅值范围记为雷电流幅值范围a,a=0-300ka;然后将雷电流幅值范围a等分为n个区间,令每个区间起始处的雷电流幅值作为该区间评估点的雷电流幅值,得到n个区间评估点的雷电流幅值,在n个区间中任取一个区间并将该区间评估点的雷电流幅值记为雷电流幅值ij,j=1,2...n;最后将n个区间评估点的雷电流幅值组成一个雷电流幅值的集合,记为集合i,i={i1,i2.......ij......in};
步骤2,建立轨道电路系统雷击瞬态计算模型;
步骤2.1,根据信号电缆传输线单位长度参数建立信号电缆传输线模型的时域传输线方程,并在仿真软件atpdraw环境下,根据信号电缆传输线的时域传输线方程建立信号电缆的传输线模型;
所述信号电缆传输线模型的时域传输线方程的表达式如下:
式中,x1为信号电缆的单位长度,u1为信号电缆传输线单位长度上的电压的列向量、w1为信号电缆传输线单位长度上的电流的列向量,z1为信号电缆传输线单位长度阻抗矩阵,y1为信号电缆传输线单位长度导纳矩阵;
步骤2.2,根据钢轨传输线单位长度参数和多导体传输线理论建立钢轨传输线模型的时域传输线方程,并在仿真软件atpdraw环境下,根据钢轨传输线模型的时域传输线方程建立钢轨传输线模型;
钢轨传输线模型的时域传输线方程的表达式如下:
式中,x2为钢轨的单位长度,u2为钢轨传输线单位长度上的电压的列向量、w2为钢轨传输线单位长度上的电流的列向量,z2为钢轨传输线单位长度阻抗矩阵,y2为钢轨传输线单位长度导纳矩阵;
步骤2.3,根据轨道电路系统关键设备的端口频域传递特性建立轨道电路系统关键设备的集中参数等效电路模型,对集中参数等效电路模型进行电网络等值,并在仿真软件atpdraw环境下,根据集中参数等效电路建立轨道电路系统关键设备的集中参数等效电路模型;
步骤2.4,根据建立的钢轨传输线模型、信号电缆传输线模型、轨道电路系统关键设备的集中参数等效电路模型,在仿真软件atpdraw环境下,完成轨道电路系统雷击瞬态计算模型的建立;
步骤3,一级区段和二级区段bh的设定;
将轨道电路系统两个调谐区间之间距离为1公里的区段记为一级区段,按照长度m等分一级区段得到k个二级区段,将k个二级区段中的任意一个记为二级区段bh,h=1,2.....k;将k个二级区段的集合记成集合b,集合b={b1,b2...bh....bk};
步骤4,确定二级区段bh的最小雷电流幅值imin;
根据步骤2建立的轨道电路系统雷击瞬态计算模型,在仿真软件atpdraw中,对二级区段bh,依次从小到大输入集合i={i1,i2.......ij......in}中的n个区间评估点的雷电流幅值,然后调用电磁暂态计算程序计算该二级区段bh的轨道电路系统雷电过电压幅值ut,当计算获得的轨道电路系统雷电过电压幅值ut等于轨道电路系统设备绝缘雷击的耐受水平时,记录此时的雷电流幅值,并将该雷电流幅值作为导致该二级区段bh轨道电路系统损坏的最小雷电流幅值imin;
步骤5,在二级区段bh内,计算雷电流幅值ij对应区间的接触网的导线击距rc和大地击距rg,计算接触网地线的雷电吸引宽度lg;
导线击距rc的计算式如下:
rc=10ij0.65
设接触网承力索的平均高度为yt,大地击距rg的计算式如下:
当yt<40m,rg=[3.6+1.7ln(43-yt)]ij0.65
当yt≥40m,rg=5.5ij0.65
接触网地线的雷电吸引宽度lg的计算式如下:
lg=x1/2
式中,x1为地线的暴露弧
步骤6,在二级区段bh内,计算雷电流幅值ij对应区间的轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数δlsfrh,计算式如下:
δlsfrh=032nglgm(p(ij)-p(ij+1))
式中:
p(ij+1)为雷电流幅值超过ij+1的雷电流出现的概率;
ng为地闪密度,ng=2.78次/每年每平方公里;
步骤7,计算二级区段bh的轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfrh;
从雷电流幅值范围a中分解出雷电流幅值为imin~300ka的雷电流幅值范围c,设雷电流幅值范围c内共包含n1个区间,n1≤n;
对雷电流幅值范围c,按照步骤4至步骤5的方法逐个区间计算轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数δlsfrh,得到n1个轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数δlsfrh;对n1个轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数δlsfrh进行累加得到二级区段bh的轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfrh;
步骤8,计算每公里轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfr1km;
对步骤3定义的距离为1公里的一级区段,按照步骤4至步骤7的方法逐个二级区段计算轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfrh,得到k个轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfrh;对k个轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfrh进行累加得到每公里轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfr1km;
每公里轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfr1km的计算式如下:
步骤9,计算轨道电路系统雷击损坏率lsfr100km;
将每公里轨道电路系统发生雷击绝缘损坏次数lsfr1km乘以100得到轨道电路系统雷击损坏率lsfr100km,并将轨道电路系统雷击损坏率lsfr100km作为轨道电路系统雷击风险的评判依据;
lsfr100km=100×lsfr1km。
2.根据权利要求1所述的一种高速铁路轨道电路系统雷击风险的评估方法,其特征在于,步骤2所述集中参数等效电路模型的等效电路包括三个节点、三个节点的三条对地导纳支路、三条节点间导纳支路;所述三个节点为轨道电路系统关键设备的任意三个端子,分别记为节点1、节点2和节点3;所述三条对地导纳支路分别为节点1的对地导纳支路p1、节点2的对地导纳支路p2和节点3的对地导纳支路p3;三条节点间导纳支路分别记为节点间导纳支路p12、节点间导纳支路p13和节点间导纳支路p23,其中,节点间导纳支路p12连接在节点1和节点2之间,节点间导纳支路p13连接在节点1和节点3之间,节点间导纳支路p23连接在节点2和节点3之间。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路轨道电路系统雷击风险的评估方法,其特征在于,步骤4所述地线的暴露弧