列车车顶绝缘子气流场分布及其对积污的影响

列车高速运行过程中,车顶绝缘子表面的积污特性受绝缘子周围气流场分布特性的影响较大,建立车顶绝缘子的外部三维流场模型,利用有限元模拟的方法计算列车在不同的运行速度下,车顶绝缘子周围气流场分布的情况以及空气中的污秽颗粒与绝缘子表面的碰撞情况,结合现场调研,结果表明：车顶绝缘子的积污特性主要受到绝缘子背风面气压分布的影响,伞裙背风面的负压值、污秽颗粒碰撞率以及实测的积污量均呈两端大中间小的规律,且随着列车速度的加快,伞裙背风面的负压值及污秽颗粒碰撞率皆呈现增加的趋势。     

高速列车车顶高压设备流场特性研究

高速列车车顶高压设备裸露于室外,易受环境影响产生积污。针对高速列车车顶受电弓绝缘子区域的流场特性进行仿真计算,分析高速列车运行情况下的流场结构,对3种不同导流罩下的车顶高压设备流场特性进行对比,得到了不同导流罩对高压设备区域流场的影响。结果表明:侧板型导流罩可增加绝缘子周围气流速度,避免污物沉积。     

平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性仿真分析

兰新高铁接触网平腕臂绝缘子在大风沙尘环境中面临"沙闪"问题,研究不同因素下平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性,可为此环境下绝缘子选型及设计提供理论依据。以FQBJ-25型棒式瓷芯复合绝缘子为研究对象,建立风洞积污仿真模型,采用多场耦合的数值计算方法分析风速、颗粒物粒径及质量浓度3种因素对绝缘子表面积污量的影响。仿真结果表明:随着风速的增大,绝缘子和各个伞裙表面的积污量均增加;当颗粒粒径大于13μm时,各个伞裙表面沉积的颗粒个数随粒径的增大而减少,但绝缘子表面的积污量随粒径的增大而增大;颗粒物质量浓度对绝缘子表面积污量的影响呈线性关系。各个伞裙表面积污量的变化与伞裙结构、风速、粒径及质量浓度有关,当曵力大于重力(大风速小粒径)时,伞裙结构的变化与各个伞裙表面积污量的变化具有一致性,反之,伞裙结构对积污量的变化影响很小。当曵力与重力作用相当时,颗粒物质量浓度越高,伞裙结构对各个伞裙表面积污量的影响越明显。     

车顶绝缘子气流分布及背风面重污区面积占比分析

随着高速列车运行速度的不断提升,车顶绝缘子的气流分布也变得复杂,而气流分布与污秽沉积密切相关,且高速气流下绝缘子背风面形成重污秽区,该区域形状及面积占比直接影响绝缘子的闪络特性。为探究车顶绝缘子气流分布及背风面重污秽区域面积占比,采用欧拉双流体模型建立绝缘子积污仿真模型,计算车顶绝缘子外部流场分布,分析绝缘子表面污秽不均匀分布的成因,并且以绝缘子芯棒周向静压为基础,提出基于压力最低点和边界层分离点的背风面重污秽区面积占比计算方法,最后通过风洞试验验证此方法的有效性。研究结果表明：绝缘子周围气流速度呈现明显的分区,绝缘子后方尾流区内断面的Z向速度由“U型—W型—V型—U型”向平稳区过渡;而绝缘子前方断面的Z向速度由“U型—V型—U型”向平稳区过渡;57 m/s正向来流下绝缘子表面污秽呈不均匀分布,背风面处有类似梯形的低速积污区存在,基于压力最低点求出的重污秽区域面积占比比基于边界层分离点的对应数值略大,差值在4.43%～7.64%之间,二者结果与实验值的相对误差分别在-1.1%～-18.7%和9.5%～24.1%之间。研究结果可为优化设计车顶绝缘子结构及优化车顶装置的布局提供参考。     

沙尘环境下绝缘子表面颗粒积聚特性研究

为研究沙尘环境下绝缘子表面颗粒积聚特性,基于流体力学和电场分布理论建立多物理场共同作用下的风洞仿真模型,应用有限元法分析计算绝缘子表面颗粒在不同沙尘环境下的绝缘子表面压强和沙尘积聚量。研究结果表明:风速、电势和沙尘粒径均与绝缘子表面颗粒积聚特性有关,风速、电势和沙尘粒径3个变量中任意一个增加,沙尘颗粒碰撞迎风面和背风面产生的压强均会增加且迎风面压强比背风面高;沙尘积聚量随风速增加而快速增加且积聚速度逐渐减缓并趋于平稳,随电势增加而增加且积聚速度比较缓慢,随沙尘粒径增加而缓慢增加并逐渐趋于饱和且积聚速度逐渐减缓。仿真结果与试验结果基本相符。     

污秽颗粒在腕臂绝缘子表面分布规律仿真分析

为解决兰新高铁接触网腕臂绝缘子污闪问题,研究腕臂绝缘子表面积污规律对预防污闪事故发生、保证牵引供电系统安全运行有重要意义。以FQB-25/12型腕臂绝缘子为研究对象,利用欧拉两相流建立积污仿真模型,以污秽颗粒的体积分数为表征参数,分析颗粒浓度、风速、颗粒粒径及来流角度4种因素对绝缘子表面污秽分布的影响。研究结果表明:绝缘子表面污秽体积分数随空气中污秽浓度呈线性增长;随风速的增大,迎风面污秽体积分数迅速增大,背风面污秽体积分数增长较缓慢;随颗粒粒径增大,迎风面污秽体积分数明显增长,背风面污秽体积不断减小;来流角度在-45°到45°变化时,对于大伞裙,上表面污秽体积分数不断减小,下表面污秽体积分数不断增大,对于小伞裙,上下表面积污程度随来流角度与大伞裙相反。     

雾霾对接触网绝缘子电位和电场分布的影响

为研究雾霾环境对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立接触网复合绝缘子的二维仿真模型,依靠有限元软件Comsol计算分析绝缘子在不同雾霾浓度环境下的电位和电场分布。研究结果表明:空气中悬浮的雾霾颗粒在不带电时会小幅畸变绝缘子沿面电位和电场;当绝缘子附近的雾霾颗粒荷电后,会对绝缘子沿面电位和电场产生明显的影响,不同的雾霾颗粒的浓度,不同的带电极性也会对绝缘子沿面电位和电场畸变幅度产生不同的效果。     

高速动车组车顶绝缘子污闪成因分析及防控措施

动车组车顶绝缘子在自然条件下,会受到二氧化硫、氮氧化物及其他颗粒性尘埃等因素的影响,使其表面逐渐沉积污秽物,最终使得绝缘子发生污闪的几率大大增加,从而对动车组运行安全带来极大的风险隐患。通过对动车组绝缘子在潮湿、雾霾等气候条件下的闪络放电进行分析,得到了绝缘子发生闪络放电的主要原因,提出了绝缘子污闪防控措施。研究结果可为今后动车组车顶绝缘子的污闪预防与维修保养提供参考。     

电力机车车顶绝缘子沿面放电机理分析及防污闪对策

在电力机车正常运用的过程中,由于固体颗粒污染和空气湿度等因素的影响,使得车顶绝缘子的耐压等级降低,高电压在空气中沿绝缘子表面产生沿面滑闪或沿面闪络的现象普遍存在,给电力机车运用安全造成严重威胁。文章从理论上分析沿面滑闪和沿面闪络的机理,并提出防范措施。     

车顶环氧复合绝缘子的外绝缘特性研究

通过不同材料和结构绝缘子的对比试验,研究了电力机车车顶用脂环族环氧和憎水性环氧复合绝缘子以及硅橡胶绝缘子的外绝缘特性。针对典型的2种结构和2种材料的环氧绝缘子和1种硅橡胶绝缘子以及传统的瓷质绝缘子试品,进行了工频干湿雾、盐雾和人工污秽闪络电压以及表面憎水性的对比测量,并模拟受电弓支持绝缘子的安装形式仿真计算了外绝缘的电场分布特性,试验研究结果为电力机车车顶绝缘子的选用和运行提供了参考。     

防污闪绝缘护套对支撑绝缘子电场分布的影响分析

文章建立二维有限元模型,对不同状态电力机车车顶绝缘子电场进行仿真,分析了绝缘子电场分布特点及防污闪绝缘护套对电场分布的影响。仿真结果表明,安装了绝缘护套的绝缘子中间伞群区域电场畸变率有所增大,绝缘子表面最大电场强度显著下降,有利于降低表面闪络发生几率。研究结果对防污闪措施的设计有一定的参考意义。     

机车车顶绝缘子伞裙老化特性及其影响因素研究

电力机车车顶绝缘子不仅是车顶高压设备的机械支撑部件,还实现了接触网与车顶的高压电器隔离。复合绝缘子护套由有机硅橡胶材料组成,由于长期裸露在外,运行条件较为恶劣,车顶绝缘子不可避免地发生老化。选取了4支不同运行里程的电力机车车顶绝缘子,测量其憎水性、泄漏电流以及硬度三种特征量,分析其老化特性。试验结果证明,经过长时间的运用,支撑绝缘子老化加剧,硅橡胶材料的憎水性能下降,泄漏电流增加,硬度变大。     

盐碱沙尘区域的接触网绝缘子动态积污与预测研究

污秽度是判定接触网运行在湿润大气下绝缘性能的重要因素。为防止污闪事故的发生,不仅需要实时监控污秽量,更需要实现对近期污秽度的预测,以便于安排时间进行清扫工作。利用污秽颗粒在绝缘表面的动态沉降模型,结合新疆区域特有的盐碱沙尘气象特点,搜取受影响区域的不同灰盐比以及各粒径颗粒在总沉降物中的占比,优化了持续积污期间的累积积污公式;以月均降雨强度、月均风速、降雨次数等九个参量为输入特征量,建立基于遗传-BP神经网络的降雨冲刷模型,比较准确预测了降水后绝缘表面的剩余污秽度;根据气象信息的预报数值和地理位置的精确经纬度,可准确定位近期将超过设定污秽等级的支柱,由此实现由状态除污到计划除污的转变。     

霜状冰对电力机车高压外绝缘的影响

在低温(低于0℃)、大雾、高污染的特殊气候条件下,电力机车或动车组运行过程中车顶绝缘子表面形成夹杂着污物的霜状冰,达到一定厚度的覆冰融化后降低绝缘子表面的绝缘电阻,可导致绝缘子闪络.现提出一种车顶绝缘子运动过程中绝缘性能发生变化的研究方法,对绝缘子表面霜状冰的形成过程进行了介绍,旨在正确认识冬季特殊气象条件下对车顶高压绝缘的影响,以便在遇到恶劣天气条件时,作出应急对策.新造车车顶高压设备布置也应当考虑运行时的覆冰因素.     

高速列车制动夹钳积雪结冰数值仿真研究

采用基于Realizable k-ε湍流模型的数值仿真方法对制动夹钳积雪结冰问题展开研究,并通过风洞实验验证数值仿真结果的正确性。分析制动夹钳周围的空气流动特性和夹钳表面的压力分布特点。研究结果表明:高速气流主要在转向架下部流动,仅有少量低速气流向上偏转进入到转向架上方区域。大量雪粒子跟随高速气流冲刷制动夹钳并在其下表面形成严重的积雪结冰,而少量雪粒子跟随上扬气流进入转向架上方区域,重力作用下,在夹钳上表面形成少量积雪。雪粒子跟随高速列车单向运行时,气流对后侧制动夹钳的冲刷作用强于前侧,前侧夹钳处于负压环境中,而后侧夹钳迎风侧和底部呈现明显正压,导致后侧夹钳的积雪结冰前侧夹钳更为严重。     

强风下高速列车滑膜自适应鲁棒H_∞控制方法

大风环境下高速列车的运行是一个强耦合、高度非线性过程,且随着风速增大和车速增加,这种特性逐渐增强,因此需要更高要求的自动驾驶系统。基于李亚普诺夫稳定性理论设计高速列车自动驾驶滑模自适应鲁棒控制器,该控制器采用自适应控制实时逼近列车不确定性特征的系统输入系数,采用鲁棒H∞控制将自动驾驶系统中模型误差、大风和其他干扰造成的参数变化等所有不确定量减小到最小范围,同时也消除了系统抖振现象。计算出高速列车需要施加的牵引/制动力,通过滑模控制消除系统安全运行速度跟踪误差,实现不同风速下高速列车对给定安全运行速度的高精度跟踪。仿真结果证明了该方法的有效性。     

强侧风对高速列车运行安全性影响研究

在列车空气动力学和系统动力学相结合的基础上完成了相关研究工作。论文首先在研究列车受侧向风力的气动力特性基础上,利用流体力学计算软件FLUENT进行数值计算,得到不同侧风风速和列车车速下作用于车体的侧风载荷值;接着,利用所建立的高速列车动力学模型,将得到的风载荷值作为外加载荷作用于列车,研究了侧向风速对直线运行列车运行安全性的影响特性;最后,参照高速列车运行安全性相关限定标准,提出不同侧风风速下高速列车的最高安全运行速度,为特殊风环境下我国时速200 km/h及以上动车组安全运行提供理论依据。     

雾霾天气对CRH380AL动车组车顶高压设备绝缘的影响及对策

随着空气污染的加剧,雾霾天气对动车组的安全运行也带来了严重影响,动车组车顶高压设备空气绝缘击穿成为动车组车顶高压设备故障的主要形式,动车组车顶高压设备已经成为影响动车组安全运行最薄弱的环节,迫切需要研究动车组车顶高压设备空气绝缘耐压问题。本文指出了动车组车顶设备绝缘故障形式,分析了故障原因,提出了应对措施。     

车顶用复合外套绝缘子的风沙试验研究

介绍了动车组车顶用复合外套绝缘子材料的模拟抗风沙试验,了解复合外套的伞裙变形、撕裂、磨损及表面憎水性等情况。对绝缘子复合外套材料在风力强劲的高原沙漠环境下的适用性进行了试验研究。根据产品所使用的环境和特点,对高温硫化硅橡胶伞裙外套材料的配方进行了完善与改进;并通过模拟风带动沙尘悬浮形成沙尘的风沙试验;通过试验结果表明,复合外套绝缘材料具有耐磨、抗撕裂等特点,达到所确定的试验内容要求和技术规范要求。     

高速铁路绝缘子闪络原因分析及对策

绝缘子闪络严重影响了高速铁路牵引供电系统的安全稳定运行.分析牵引供电系统的结构特点,指出了高速铁路绝缘子运行环境的特殊性.总结近年来绝缘子闪络特性的研究现状,包括牵引供电系统过电压、高速气流场、污秽对绝缘子闪络特性的影响及现有的防护措施.