高速列车受电弓非定常气动特性数值模拟

受电弓的非定常气动特性严重影响受电弓和接触网之间的受流性能。基于计算流体动力学理论,采用分离涡模拟(DES)方法对受电弓高速运行在有无横风环境下的气动特性进行数值模拟。对受电弓周围流场以及气动力特性进行对比研究。数值计算结果通过了风洞试验数据验证。研究结果表明:受电弓受到的气动力具有非常显著的非定常特性;无风环境下受电弓周围流场近似成对称分布,横风会破坏流场的对称性,漩涡向气流背风侧迁移,受电弓表面漩涡脱落的速度和强度增加,且向下游发展的速度以及破碎的速度加快。受电弓框架系统的气动力波动受横风的影响最大,其次为弓头;横风下,受电弓各部件功率谱密度的频率分布更广,弓头的脉动升力具有明显的主频特性,且滑板对此主频的贡献量最大。

基于IRC法和局部放电法的车载高压电缆绝缘状态评估

为准确评估乙丙橡胶(EPDM)车载电缆的绝缘老化状态,引用了等温松弛电流(IRC)法和局部放电(PD)法,分别讨论了老化因子、局部放电特征信息与电缆老化状态之间的映射关系,结果表明:随着车载电缆运行里程的增加,老化因子、局部放电量、放电次数和放电电流均呈现规律性增长趋势,多种老化应力协同作用是造成车载电缆绝缘劣化的主要原因,绝缘材料内部陷阱的增多和加深是车载电缆老化的微观表现。协同等温松弛电流法和局部放电法对车载电缆绝缘状态的评估具有有效性和可行性,通过建立微观陷阱分布特性与宏观局部放电特性之间的联系,分析可得:深陷阱捕获电荷的能力较强,电荷极易集聚,局部放电容易发生,因此基于IRC法和局部放电法对车载电缆绝缘状态进行评估具有一定的价值意义,可指导高速动车组电网规划及电缆检修工作。

载流条件下的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦磨损性能研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了载荷、速度、电流对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳对磨时的摩擦因数、磨损量及磨损形貌的影响。试验结果表明,载荷对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦副的摩擦因数和销试样的磨损率有显著影响:载荷越大,摩擦因数越大,磨损率越低;摩擦因数、磨损率与速度的关系受载荷的制约。当低载时,以电流影响为主。销试样的磨损表面出现了粘着磨损,氧化磨损和电弧烧蚀。

两种气体环境中的不锈钢/浸金属碳带电摩擦磨损的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了氮气和空气环境对带电摩擦磨损的影响。试验结果表明:氮气环境中的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳的摩擦因数比空气环境中的高。在电流为100A时,2种环境对摩擦因数的影响差别较小。在氮气环境中,浸金属碳材料接正极时的摩擦因数比接负极时的低,而在空气环境中结果恰恰相反。在空气环境中,浸金属碳材料的电弧烧蚀严重些。

基于有限元的高压设备箱绝缘优化研究

电缆连接器高压端部对箱体四壁放电影响动车组可靠运行,对连接器端部进行合理优化,可降低故障频次。分析绝缘护层加装位置、绝缘护层结构和绝缘护层厚度对电场强度分布的影响规律。仿真结果表明,电缆连接器高压端加装绝缘护层可有效改善电场分布,绝缘护层应紧贴连接器端部金属部件并延伸至靠近高压端的首个伞裙根部。试验结果表明:优化后的电缆连接器雷电冲击电压耐受值满足高海拔地区运行要求。

接触网系统受流质量影响因素的试验研究

模拟接触网系统工况,在高速销盘式摩擦磨损试验机上研究了高速接触轨/受电靴系统的受流质量。考虑接触网系统的弹性,分析了速度、接触力和刚度等参数对接触轨/受电靴系统受流质量的影响,提出了该系统受流质量评价方法。试验结果表明:低速时,接触轨/受电靴系统能保持稳定受流,速度超过一定范围后,受流质量随速度的增加而变差;在试验范围内,接触力越大受流质量越好,且考虑接触网系统弹性时的受流质量比不考虑弹性时要好;受流质量的好坏,与滑动摩擦副的表面特性有关。

基于交换式以太网的TCN设计与实时性能分析

针对传统列车通信网络(TCN)难以满足下一代列车通信网络大容量、实时性的数据传输需求,本文提出基于交换式以太网的列车通信网络(EB-TCN)解决方案,建立了EB-TCN拓扑结构和通信协议栈模型。为了保证EB-TCN的实时性,在通信协议栈中加入实时虚拟层,通过集中式主从调度机制调度底层以太网资源。最后对骨干层和车辆控制层的实时性进行理论分析。新方案较大地提高网络带宽同时,能保证网络的确定性和实时性,能很好地满足传统TCN传输数据的要求,能够成为TCN网络的替代方案。

雾霾天气下动车组支柱绝缘子表面污秽分布规律

动车组运行过程中的高速气流影响绝缘子表面污秽分布特性。为在试验室内有效模拟雾霾天气对动车组车顶支柱绝缘子积污及闪络特性的影响,研究在严重污染气候条件下在网运行动车组绝缘子表面污秽分布规律具有重要的工程实用价值。应用比较分析方法,采集不同空气质量指数(AQI)条件下的污秽样本,分析等值附盐密度(ESDD)、不可溶物密度(NSDD)、等值灰盐比KN/E和上下表面污秽不均匀度KNSDD、KESDD分布规律。研究结果表明:针对SC-400C型环氧树脂基复合绝缘子,其NSDD、ESDD、KN/E及KNSDD、KESDD最大值均出现在绝缘子中部伞裙处,不同部位伞裙表面污秽分布具有明显的波动性。除7号伞裙上下表面污秽量无明显差异外,其余伞裙上表面污秽量均大于下表面污秽量。伞裙表面脏污程度同空气质量指数AQI呈现出正相关关系,AQI指数对ESDD有显著影响。

动车组高压隔离开关电极结构优化

国内外针对动车组高压系统绝缘特性研究甚少,分析动车组隔离开关电场分布并选择结构合理的电极参数,对动车组安全、稳定运行具有重要的工程意义。因此基于仿真分析和实验研究相结合的方法开展动车组隔离开关高压侧电极结构优化策略研究。建立动车组隔离开关3维模型,分析高压端电极结构优化前后复合绝缘子电位、电场分布变化趋势。仿真分析电极结构参数(环半径R,管半径r)对电位、电场分布的影响。实验比较电极结构优化前后耐压性能变化趋势,在高速风洞试验室验证了优化后的电极机械连接可靠性。研究结果表明,现有动车组隔离开关高压端电极边缘存在明显的棱角,复合绝缘子伞裙四周电位分布不均匀。优化后的电极可有效降低电位梯度,优化后的轴向及沿面电场强度最大值小于0.45 kV/mm。结构优化后的隔离开关工频、雷电冲击耐压值及机械强度均满足要求。

动车组升降弓过电压及抑制措施仿真分析

动车组在过分相、降弓等工况下均可产生过电压问题,针对动车组在站内升降弓过程中出现的过电压现象,文中应用MATLAB搭建受电弓升降等效电路,建立电磁式电压互感器的仿真模型;结合仿真和理论分析指出电压互感器在受电弓下降过程中发生低频铁磁振荡;升弓过程是电源电压稳态分量和回路自身高频振荡暂态分量的叠加产生过电压。对比升降弓的仿真结果可知升降弓会给电压互感器带来不同的危害。文中提出在动车组降弓时,切除高压电缆可以有效地降低电压互感器的励磁电流。

动车组高压隔离开关用绝缘子电场分布特性及其影响因素仿真分析

车顶绝缘子是动车组的重要绝缘设备,其表面电位分布不均或场强过高可能会导致局部放电,因此有必要对其电场分布特性及其影响因素进行研究。笔者选择Ansys有限元分析软件,建立三维电场仿真模型,对动车组高压隔离开关绝缘子实际结构进行了计算分析。仿真结果表明:绝缘子高压端场强高,随着爬电距离的增大,其下降速度有减小趋势;绝缘子沿周向电位及电场分布存在差异性,随着爬电距离的增大,差异性逐渐减小;车顶导流罩对绝缘子沿面电位及电场分布影响甚微;高压隔离闸刀对绝缘子沿面电位及电场的影响主要体现在1号绝缘子0°方向,其次是2号绝缘子180°方向;高压隔离导杆对1号绝缘子沿面电位及电场分布影响较小,但对2号绝缘子影响较大。文中结果可为仿真模型简化及降低绝缘子端部场强提供依据。

螺栓安装方式对动车组高压隔离开关电场分布与闪络特性的影响

动车组高压隔离开关高压侧金具螺栓连接方式影响其附近空气域电场强度。分析螺栓连接方式对电场分布的影响规律并选择合理的优化方案,对降低局部电场强度值和提高绝缘子运行可靠性具有重要意义。为此,基于三维制图软件与有限元静电场模块联合仿真和污闪试验等手段开展动车组高压隔离开关螺栓安装策略优化研究。建立三维模型,分析不同螺栓安装方式下高压侧局部空气域表面及沿线电位、电场分布的变化趋势。人工气候室内开展污闪试验,验证了螺栓端部对闪络放电通道的影响。研究结果表明,现有连接方式容易形成螺栓端部对绝缘子高压侧1号伞裙边缘的放电通道,优化后的螺栓连接方式可有效降低局部区域电位梯度,降低了螺栓同伞裙边缘之间空气间隙被击穿后形成放电通道的可能性,研究结果可为实际工程应用提供依据。

受电弓疲劳裂纹扩展特性及寿命预测研究

通过有限元软件建立受电弓三维有限元模型,结合断裂分析软件Franc3D研究受电弓上框架尾部疲劳裂纹的扩展特性,并对常温、大气环境以及腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命进行预测。结果表明:当受电弓上框架尾部已产生2 mm的表面裂纹时,继续扩展至表面长度约为15 mm时将会穿透管壁;对于常温、大气环境,疲劳裂纹从2 mm的表面裂纹扩展为50 mm的穿透裂纹所对应的运行里程约为24万公里;在腐蚀环境下,表面裂纹扩展至相同长度对应的运行里程约为3.19万公里。

动车组受电弓升降弓拉弧试验研究

针对CRH2G型动车组受电弓在升降弓过程中拉弧严重问题,开展了动车组受电弓升降弓拉弧现场测试试验。通过拍摄升降弓过程中电弧演变的图像提取弓网电弧燃弧时间;记录了弓网电弧燃弧电压、电流数据,计算了不同降弓情况下的弓网电弧输入能量并讨论了弓网电弧对接触材料的烧蚀效应。这为降低弓网电弧危害,提高弓网服役性能提供依据。试验结果表明,一定程度地加速降弓操作将减弱电弧对弓网接触材料的烧蚀,有助于提高受电弓滑板和接触网导线的使用寿命。

一种用于车载变压器的局部放电高精度协同定位方法

针对车载变压器局部放电难以精确定位的情况,提出了一种基于局部放电超声波信号的协同定位算法,以提高车载变压器局部放电的定位精度。综合差分进化算法和粒子群优化算法的优点,提出了一种混合的DE-PSO算法,利用计算结果对代价函数进行修正,并将计算结果作为牛顿法的初值,经迭代后得到精确的局部放电源位置。仿真和试验结果表明,与传统的智能算法相比,具有精度高、鲁棒性强等优点,能够满足现场应用的需要。

柜式车载避雷器长期服役可靠性试验研究

动车组车载避雷器因受到列车在高速运行中的机械作用力以及气流、海拔落差和温度变化等因素影响,其整体性能可能会逐步下降,同时阀片因长期承受工频电压以及暂态冲击电压等因素作用而趋于老化,使得其运行性能逐步下降。为避免避雷器长期服役中发生故障,该文对柜式车载避雷器长期服役可靠性进行试验研究,选取运行480万公里、240万公里和新品避雷器开展了电气性能测试和密封性能测试,在密封试验结束后对避雷器进行解体检查,并对阀片开展了电气性能测试。研究结果表明,服役至480万公里的柜式车载避雷器仍具有良好的电气性能和密封性能,阀片未见劣化,可以继续可靠服役。

接地电阻器对升降弓车体浪涌过电压的影响

高速动车组在升弓过程中过电压通过车顶高压电缆耦合到车体,引起车体暂态过电压,严重威胁车载电气设备的安全运行。为了分析在升弓过程中接地电阻器对车体浪涌过电压的影响,基于某型动车组构建了高速动车组升弓等效电路模型,仿真分析了车体过电压的分布特性,定量分析了接地电阻器中电阻和电感对升弓过程车体浪涌过电压的影响,为进一步研究车体浪涌过电压提供了理论基础。

CRH2型动车组车顶高压系统残存电荷放电研究

对CRH2型动车组车顶高压系统残存电荷量进行了计算分析,并对车顶高压系统残存电荷进行了放电试验,验证了2种有效的放电方式,为车顶高压系统检修作业的安全操作提供了技术支持。

CRH2/380A型动车组安全阀试验标准的研究

CRH2/380A型动车组三级修时发现一定数量的安全阀试验结果超出标准要求,主要表现为排放压力过低和启闭压差较小,需要重新调整安全阀,造成三级修时间延长,增加了检修成本。为此,对安全阀试验标准进行了深入研究,提出在保障动车组安全稳定运行的前提下调整动车组三级修时安全阀试验标准的建议。

CRH2及CRH380A系列动车组速度传感器可靠性评估研究

提出了一种动车组列车速度传感器的寿命研究方法,通过对不同运行里程的速度传感器进行全寿命周期的环境影响分析,设计三综合性能退化寿命试验,缩短试验周期,并根据试验过程中测试参数的退化趋势,确定其寿命主要特征参数为线圈电阻。分析了不同里程速度传感器的特征参数试验结果,采用数据拟合及寿命里程等效估算的方法,预测速度传感器的寿命。结果表明,随着运行里程的增加,相同的试验时间,线圈电阻逐渐变大,绝缘电阻逐渐变小。经估算,三综合试验时间等效运行里程为每小时相当于0.3278×10^(4)km。动车组速度传感器在正常运行条件下,其平均故障间隔时间(MTBF)可达到1978×10^(4)km的里程。此外,通过本项目研究也为快速评价同类型速度传感器寿命提供了参考方法。