高压输电线路与铁路交叉断线冲击暂态过程

我国高压输电线路与铁路快速建设过程不可避免的出现交叉跨越的情况,为保证电力线路及铁路运行安全,文章针对该问题研究,建立了柔性导线结构断线模型,得到了高压输电线路与铁路交叉跨越断线冲击暂态过程,获得了电力线路挂线点高度及交叉角度对断线冲击力与冲击应力的影响。研究结果表明,导线或地线的挂线高度越高,电力线路与铁路线路交叉角度越小,断线冲击暂态力幅值越大。结合算例得到35kV及110kV电力线路与京张铁路交叉跨越断线冲击力暂态特性,研究结果为电气化铁路防护棚洞强度设计提供数据支持。

强风环境下棒形绝缘子积污动态仿真分析

为探讨高速铁路绝缘子表面的积污特性,分析了污秽颗粒在强气流环境中的受力情况,建立了QBJ-25/20型绝缘子积污的仿真模型.以绝缘子伞裙表面污秽的体积分数反映其积污状况,得到了绝缘子伞裙上、下表面积污与风速及来流角度之间的关系.结果表明:在高速气流中,绝缘子表面积污量与来流角度、气流速度呈负指数关系;当来流角度在0°～90°之间时,伞裙上表面受来流角度的影响较大,而下表面受气流速度的影响更明显;积污量随污秽颗粒直径增大呈先增大后减小的趋势.

高速气流环境中电气化铁路绝缘子表面积污分布特性

为实现电气化铁路的高速气流环境下绝缘子伞裙的优化及安装设计,分析了高速气流中污秽颗粒的运动及受力,根据聚团流化理论讨论了绝缘子表面污秽受力后粘附与分离状况,并建立高速风洞系统进行了试验分析。试验结果表明:绝缘子迎风面与背风面积污量随风速的升高逐渐增大并趋近于定值,该定值随着来流角度θ的增大先增大后减小;当θ<30°时,绝缘子侧风面积污随着风速的增加有明显的减小趋势,当θ>60°时,则呈明显的增长趋势;迎风面、背风面与侧风面相比,积污量有明显的差异。θ=0°及θ=90°时的仿真结果与试验结果相符合,可见用聚团流化模型分析绝缘子表面积污分布情况具有一定的参考价值。

高速列车车顶绝缘子积污分布特性及优化策略

针对冬季雨、雾环境电气化铁路高速列车车顶绝缘子积污问题,利用流体力学理论分析了高速气流中污秽颗粒的受力和运动,用聚团流化理论对绝缘子表面污秽受力后粘附与分离状况进行了分析,建立了流体力学仿真模型,研究了高速列车车顶绝缘子积污特性,提出了减少表面积污密度的策略.研究结果表明:低温环境高速气流中,车顶绝缘子迎风面与背风面积污较为严重,且主要分布在伞裙根部,侧面积污较轻分布于绝缘子伞裙;无伞棱结构污秽在绝缘子表面分布均匀,积污量较少;积污密度随伞裙下倾角的增大而渐增大,随伞裙间距的增大而减小,建议采用绝缘子伞裙上倾角为8°、下倾角为0°、伞裙下表面无伞楞的结构.

水滴降落对列车车顶电场的影响及应对策略

雾、雨环境中高速列车车顶容易发生击穿烧蚀从而引发事故。针对该问题研究了车顶高压端水滴降落对车顶电场分布的影响,提出了高速列车车顶绝缘优化策略。通过对影响车顶电场的有效水滴分析,建立了车顶分层电场模型,讨论了有效水滴及其周围电场分布状况;利用有限元分析方法建立了仿真模型并讨论了列车速度、水滴速度、车顶设计状况对电场的影响。结果表明：接触网上水滴分布一定时,列车速度升高过程中由有效水滴造成的车顶电场畸变存在最大值,当列车速度为10～15 m/s时,车顶电场畸变程度最大;同时电场畸变程度随接触网上水滴分布密度增大而增大;车顶不平时会升高低压侧电场强度,采用平整车顶会降低低压侧电场强度,但会使高压侧电场强度升高;而采用绝缘材料设计较平整的车顶会降低两侧电场强度,从而减少车顶击穿烧蚀,达到优化目的。

间歇性重负荷工况下变压器套管介质损耗因数测量方法的改进研究

根据现场长期实测数据分析,大秦铁路牵引供电系统具有负荷幅值变化大、过载系数高和陡变性的间歇性重负荷特性,牵引供电系统负荷的变化对变压器套管介质损耗因数的测量产生影响,并且变压器套管接线等效电路的初始电流对负荷变化前后介质损耗因数的测量精度有干扰。采用Matlab/Simulink软件对变压器套管接线等效电路进行仿真,验证了分析结果的正确性。引入变压器套管接线等效电路初始电流对传统测量方法进行改进,确定矫正系数。运用改进后的测量方法对变电所变压器套管介质损耗因数进行测量,结果表明所得到的介质损耗因数测量值稳定、可靠和准确,有利于对变压器高压套管绝缘老化情况的准确监测。

电动车组车顶复合绝缘子内部间隙电场分析

车顶复合绝缘子芯棒和护套的界面存在气体或液体间隙时,间隙周围的电场会发生畸变。电动车组频繁的过电压会诱发局部放电,加剧内绝缘的蚀损老化。为了准确评估间隙存在对电场分布的影响,针对车顶绝缘子某次内绝缘击穿事故,基于ANSOFT MAXWELL建立了电动车组母线支持绝缘子的多参数三维有限元模型。分析了存在气体、液体间隙时绝缘子内部电场,同时研究了间隙的尺寸、位置对电场分布的影响。结果表明:绝缘子内部出现气体间隙时,电场强度最大可能提升至无气隙时的2.65倍,进而引发强烈的局部放电;液体间隙内部导电离子浓度较大,电导率达到10-5 S/m时,间隙外部承受的电场强度可能达到49.3 kV/cm;间隙越长或离高压端金具的距离越短,绝缘子内绝缘受到的破坏越重,距离小于5 mm时更为明显。

环境温湿度对聚酰亚胺介电强度的影响机制

聚酰亚胺薄膜因其优良的电气、机械及热性能已在各种绝缘线缆中得到广泛应用。然而,环境应力可能会造成聚酰亚胺降解,从而降低其绝缘性能。以聚酰亚胺普通薄膜和聚酰亚胺纳米薄膜为测试对象,研究了单层膜、双层膜及三层膜在不同温度下的击穿特性,分析了水分对聚酰亚胺薄膜击穿场强的影响机制。结果表明:普通膜和纳米膜的击穿强度均随试验温度的升高而降低,尤其是当试验温度大于350℃时,下降速率明显增加,其主要原因是由于聚酰亚胺分子在高温下移动并发生热降解。由于单层膜具有更好的散热能力及结构均匀性,因此单层膜具有比双层膜和三层膜更高的击穿场强,纳米膜较高的热导率导致其具有更好的高温稳定性。潮湿环境中的水分子首先通过氢键作用与聚酰亚胺分子上的羧基(C=O)键结合,并进一步与之发生水解反应,使聚酰亚胺薄膜的击穿场强降低。

大容量电容器组用断路器弧触头侵蚀状态的评价方法

大容量电容器组用断路器关合涌流大,其弧触头关合侵蚀严重,电寿命严重缩短,研究高寿命电容器组用断路器需要进行关合侵蚀试验并获得弧触头侵蚀状态,因此,研究弧触头侵蚀状态测量与评价的方法具有重要意义,同时该方法的研究对一般运行中断路器制定检修策略也具有重要作用。基于格林渥与威灵逊的面接触数学模型推导了弧触头间的接触电阻计算方法。将大容量电容器组SF6断路器弧触头侵蚀状态评价分成径向与轴向两个方向,提出了在径向上基于机械压力变化的动态接触电阻测量与评价方法,当断路器弧触头动态接触电阻测量平均值大于450??时,处于非正常状态;在轴向上采用侵蚀前后比对的方法获得弧触头接触行程变化,将两者结合作为大容量电容器组用断路器弧触头侵蚀状态评价方法,该方法也可用于常规运行断路器弧触头侵蚀状态的评价,指导制定断路器的检修策略。

高速气流环境绝缘子污闪研究

在分析了自然环境直、交流闪络模型基础上,研究了电气化铁路间歇性高速风环境下绝缘子表面闪络的影响因素、高速气流环境、绝缘子表面气压分布不均、周围风速改变;在该环境下污秽、雾、雨将会短时间形成规律性分布,构成导电通道,产生电弧,发生闪络。在干燥状态高速风环境下绝缘子表面产生电荷,不均匀分布电荷引起表面电场畸变,诱发闪络。利用流体力学知识通过分析特定粘度流体一定风速下在绝缘子表面的分布状况,从而分析绝缘子污闪。同时,由于不同速度的列车风导致边界层变化、吹弧作用会对闪络造成不同程度的影响,根据不同速度与闪络电压的关系对闪络模型进行修正。

电力线路跨越电气化铁路断线影响范围研究

电气化铁路特别是高速铁路大规模建设中,与高等级电力线路频繁发生交叉穿越的情况,铁路建成运营后,如发生电力线路断线工况,会严重影响高速铁路的运行安全。研究电力线路跨越电气化铁路断线影响范围,建立柔性导线断线模型,获得了线路交叉角度、弧垂及挂线点高度对断线影响范围的规律,以及考虑风舞条件的断线影响范围与覆冰条件的断线影响范围。断线影响范围随交叉角度(0~90°)的增加而减小,随挂线点高度的增加而增大,随弧垂高度增加而增大,随断线间距的增加而减小;当线路覆冰时,受风阻力影响,落线范围减小。该研究成果应用于京唐城际铁路,并可为电力线路防护棚洞修建长度提供数据支持。

电力线路跨越电气化铁路倒塔范围计算方法--以津兴铁路为例

电气化铁路快速发展过程与输电走廊不可避免地出现交叉跨越,极端环境条件下输电走廊杆塔会出现倒塔及断塔头等情况,当杆塔侵入到电气化铁路时,会影响电气化铁路的安全运输。针对该问题开展研究,建立典型电力杆塔模型,分析最大导线拉断力条件下杆塔应力及应变情况,结合电气化铁路与电力线路交叉跨越情况,提出基于倒塔特性的电气化铁路与电力线路交叉跨越情况安全防护范围计算方法。研究表明,杆塔初始最大变形量在碰撞位置与杆塔基座之间,约为第二塔头位置,最大变形量约为米级。当单侧三相导线及地线总拉力超过拉断力时,杆塔距离地面约高2/3处出现应力过大的情况;杆塔向电气化铁路防护棚洞倒塔时,可获基于杆塔弯折点、杆塔与铁路间距的倒塔影响范围。研究成果可为电力线路防护棚洞修建长度提供数据支持。

牵引变压器油流带电现象的分析

油流带电引起的变压器故障越来越受到变压器厂家和电力部门的广泛关注,为了预防油流带电所产生的后果,介绍了油流带电的机理,分析了影响油流带电的主要因素,通过对牵引变压器的油流带电进行研究,采取了一系列有效措施抑制油流带电。研究发现,通过降低油速、在绝缘油中添加电导率可起到良好的抑制作用。此外,改变牵引变压器的设计也可以起到很好的效果,这对于变压器油流带电现象的分析及实际抑制措施研究有工程参考价值。

中低速磁浮交通接地系统研究综述

中低速磁浮交通系统单设回流轨结构虽然解决了常规走行轨道的杂散电流问题,但处于悬浮电位的接地系统使得其保护接地、防雷接地及电磁兼容等方面都不能简单沿用普通轮轨列车的接地方式,需要单独展开研究。首先介绍了中低速磁浮交通接地回流系统的特点;进一步从保护接地、防雷接地、以及接地系统的电磁兼容性三个方面对中低速磁浮交通接地系统进行分析,归纳总结其接地系统在接地故障点识别、雷击车体过电压、车体放电等方面存在的问题;最后探讨了针对以上问题的解决方案,包括64D接地保护装置改进及故障点识别优化、雷击车体过电压抑制方法以及电流泄放的电磁兼容性提升等,对中低速磁浮交通接地系统的设计方案提供全面参考。

抗电力线路倒塔入侵高速铁路防护方法研究

电气化铁路建设过程中不可避免与电力线路发生交叉,输电线路杆塔在极端气候环境的影响下,会出现倒塔入侵铁路的情况,威胁铁路运行安全。针对该问题开展研究,建立高等级输电线路杆塔受力模型,获得不平衡力作用下杆塔的应力应变特性,结合倒塔与刚性防护棚洞的冲击力分析,计算防护棚洞的设计强度。研究表明,电力线路地线断线并出现不平衡力时,塔头发生明显变形,当侧导线两相断线后,杆塔重心位置变形最大,碰撞应力随断线数量的增加而增大,最大碰撞力接近900 kN,碰撞时间约0.6 s,结合研究完成了一种抗35 kV电力线路倒塔入侵铁路的防护结构的设计并获得应用,可为电力线路防护棚洞强度设计提供数据支持。

线路交叉条件下直流牵引供电系统杂散电流特性

针对地铁多线路交叉条件下直流牵引供电系统杂散电流材料异常腐蚀问题开展研究。首先,建立了隧道条件下单线路杂散电流模型,研究了列车供电方式、运行方式、土壤电阻率、绝缘设计对杂散电流的影响。研究结果表明,单边供电条件下供电区间内产生的杂散电流明显高于双边供电;列车加速及再生制动时会产生较大的杂散电流;杂散电流的大小随运行区段土壤电阻率的升高、轨地过渡电阻的增加而减小。其次,建立了隧道条件下交叉线路杂散单流模型,研究了交叉线路隧道中间土壤的电势分布及电场分布。研究结果表明,隧道间的土壤中电势及电场过大,需要对其中的金属管线采取相应措施防范杂散电流腐蚀。结合当前新型混凝土特性,研究了掺杂粉煤灰等掺合料混凝土道床对杂散电流的影响。研究结果表明,直流牵引供电系统杂散电流随掺杂混凝土导电率的减小而减小,研究为地铁直流牵引供电系统杂散电流抑制方法提供依据。

电气化铁路绝缘子表面污秽失水过程的阻抗特性分析

为了研究污秽绝缘子失水过程的阻抗特性,采集电气化铁路沿线污秽进行分析,结果表明,污秽含水量降低到一定程度时,污秽阻抗角呈指数增长。通过人工污秽实验研究了不同等级污秽失水过程阻抗角变化。污秽失水过程中,污染等级不同阻抗角变化不同,含水量相同时,污染等级越高,阻抗角越小;表面盐密、灰密比例相同时,等效污秽失水过程阻抗角变化曲线差异明显,阻抗角受表面盐密影响明显。电气化铁路沿线污秽的含水量减少到一定程度时,污秽阻抗角呈指数增长,阻抗幅值在一定范围内变化相对缓慢;根据实验研究,提出了利用污秽失水过程阻抗幅值与阻抗角分布规律实现绝缘子污秽监测方法,对传统的利用泄漏电流监测污秽方法进行补充。

基于复合评价指标的金属微粒声发射信号最优小波去噪及其特征提取

金属微粒污染会使直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulation line,GIL)的绝缘强度明显下降,微粒与电极碰撞产生的声发射信号可以反映其运动状态,但声发射信号的检测经常伴随着噪声污染。文中构建了一个适用于声发射信号的小波去噪复合评价指标,提出了一种基于此复合评价指标的最优小波去噪算法。对实验平台实测的声发射信号和加入有色噪声的仿真声发射信号的去噪表明,提出的复合评价指标相对于传统单一评价指标能较好地评价声发射信号的去噪效果;基于此复合指标的最优小波去噪算法能够对声发射信号有效去噪。基于去噪后的声发射信号,文中提取了信号的能量特征、微粒运动速度特征,拟合了二者与极间电场强度的相关性及表达式,结果表明,随着极间电场强度的增大,微粒运动速度和信号能量均以一次函数趋势增长。

牵引负荷对介质损耗因数测量的干扰分析

对电气化铁路牵引负荷的冲击特性及其对高压设备绝缘老化的检测系统的影响进行分析,在对负荷进行定性讨论的基础上探讨了冲击性电流增量的幅值对电容型设备测量参数介质损耗因数的影响,以三相综合电流为基础,通过向量分析揭示了负荷电流变化对高压套管监测电流的干扰,建立了针对高压套管的简化冲击干扰模型。分析结果表明:受冲击电流幅值的影响,高压套管介质损耗因数变化呈现一定的规律性,但由于初始综合电流不同,不同组套管会具有不同的变化规律。根据现场测试,以湖东牵引变电所为例,对变压器高压套管特征数据在线采集、分析,验证该干扰模型。

直流电场下运动金属微粒的带电估算与碰撞分析

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）内部金属微粒运动与分布特性是制定控制技术的关键。针对金属微粒运动问题,开展试验与仿真研究。根据试验分析,得到了金属微粒碰撞恢复系数,通过反推的方法得到运动金属微粒的带电量;考虑金属微粒运动过程中的带电与碰撞的因素,建立了仿真模型并进行试验验证,结果表明二者有较好的一致性。根据分析得到了金属微粒尺寸、材质等因素对运动特性的影响关系：直流电压下同一材质的金属微粒碰撞频率随着微粒尺寸的增大而减小,微粒向高压电极与向地电极运动时间差随着尺寸的增加而增大;不同材质的金属微粒,自身密度及碰撞恢复系数是影响其在电极间的碰撞频率的重要因素。研究结论对气体绝缘金属封闭开关内部微粒抑制措施的研究具有一定的参考价值。