电气化铁路运行环境的复杂性使接触网存在断线的可能, 断开的接触网导线落在动车表面容易形成车体过电压。为了评估碳纤维动车车体由于导电性劣于传统铝合金车体而引起的过电压危害, 基于某公司设计的半碳纤维半铝合金司机室车体结构, 建立了动车组浪涌过电压电路模型。通过仿真求解接触网断线落在动车司机室车顶时司机室不同位置浪涌过电压的传输特性, 得到车体过电压最大幅值 26 kV, 在 60 μs内快速衰减, 对车载电子设备造成安全隐患, 并提出将车载设备的接地线缆直接连接在车厢的接地碳刷附近, 为司机室车体的过电压防护设计提供理论依据。

为建立有效的晶闸管模型来仿真晶闸管关断时过电压, 减小晶闸管过压损坏的概率, 以最大通流150 kA、耐压5.2 kV的脉冲晶闸管为研究对象, 将其前置于脉冲形成单元回路中作为大功率开关使用, 记录放电过程中晶闸管两端电压及电流。实验数据表明: 恢复过程中的电流下降率、反向恢复电荷、反向恢复电流峰值随通态电流峰值的增大而增大, 晶闸管关断时间随通态电流峰值的增大而减小。此外, 在关断过程中, 当电流下降率在-50~1000 A/μs时, 电流下降率与电流峰值为线性关系。因此, 在大脉冲电流条件下, 推导反向恢复过程参数与通态电流参数的关系时电流下降率可用与电流峰值的线性关系代替。基于Matlab仿真平台, 建立了具有反向恢复过程的脉冲晶闸管模型。该模型仿真得到的晶闸管反向恢复电流峰值与实测结果较为吻合, 反向恢复电压尚待进一步修正。

为了提高装置容许的运行电压以提高辐射剂量产额,开展了放电过程中影响脉冲形成网络过电压幅值因素的研究。在引入开关导通不同步性和导通电阻条件下,建立了适用于任意电阻性负载的级联Blumlein型脉冲形成网络电压波过程理论模型,基于波过程模型进一步分析了影响脉冲形成网络过电压幅值的因素。研究表明开关不同步是产生过电压的主要因素,过电压峰值出现在开关闭合后的3倍形成网络电长度时刻。随着网络级联级数的增加,二极管阻抗与源阻抗匹配情况下最大过电压可达到-2倍充电电压,而二极管阻抗下降使得过电压幅值得以加强,阻抗过早崩溃可使过电压幅值接近充电电压的-3倍。

通过测量自然闪电条件下埋地电缆的雷电感应过电压, 探讨了不同类型电缆屏蔽层对芯线上感应过电压的影响。结果表明: 电缆屏蔽层具有明显降低雷电感应过电压的作用; 对同一次自然闪电, 相对于电源电缆, 控制电缆和信号电缆上感应电压脉冲波形峰峰值分别为65%和26%。在选取的起始脉冲时间段内, 电缆感应过电压正、负峰值的绝对值同时增大或减小, 具有一定的对应关系。钢带屏蔽层能够有效抑制控制电缆感应过电压400 kHz～1 MHz的频率分量, 铜编织带屏蔽层对信号电缆感应过电压50 kHz以下频率分量的削弱效果明显。总体来看, 铜编织带比钢带具有更好的屏蔽效果。