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。

高速列车过分相VCB延时断开故障测试及原因探究

高速列车车载真空断路器(VCB)性能是列车安全稳定运行的重要保证之一。近年来,国外某型号动车在过分相时出现VCB延时断开故障,导致只能通过降弓方式来预防带电过分相引发的安全隐患。针对以上问题,推测其原因是VCB触头间电弧烧蚀或牵引变压器合闸时刻励磁涌流导致的VCB过载造成。主要针对牵引变压器合闸励磁涌流进行研究,通过现场测试和PSCAD仿真探究励磁涌流的影响因素和实际可达到的最大值。结果表明,列车过分相VCB完成合闸后实测最大电流达到756.67 A,不会对VCB触头造成实质性损伤。牵引变压器励磁涌流大小主要受VCB合闸电压相角和变压器铁芯剩磁影响,且励磁涌流并非导致VCB触头熔焊的主要因素,VCB合断时触头间的电弧烧蚀才是造成VCB触头熔焊的主要原因。

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。

低气压环境电气化铁路弓网电弧放电特性研究

随着列车运行速度的不断提升,弓网电弧发生频率增加,严重威胁列车安全稳定受流。某高原铁路沿线海拔高、气压低,空气分子自由程增大、电子动能增加、击穿电压降低,导致弓网电弧放电特性改变。为进一步研究低气压环境电气化铁路弓网电弧放电特性,基于磁流体动力学理论(MHD)建立低气压环境电气化铁路弓网电弧放电的仿真模型,研究了气压对弓网电弧电压、温度和电流密度的影响,并通过实验进行验证。研究发现:在铜棒作阳极、纯碳滑板作阴极的情况下,随着气压的降低,弓网电弧电压、温度逐渐降低,电流密度逐渐减小;弓网电弧最高温度位于弓网电弧的两极区域,且阳极区温度高于阴极区,弧柱区温度最低;弓网电弧维持能力随气压的降低而增强,即低气压环境弓网电弧拉断更困难,将造成更严重的危害,在高原铁路的建设和运营中应更加予以注意。

气隙对车载电缆终端电——热场影响仿真研究

在急速温变、振动等工况下,多层热缩复合绝缘结构车载电缆终端绝缘层间容易产生气隙缺陷,气隙将导致电缆终端电场和热场畸变,引起终端内部局部放电及绝缘材料老化。文中通过有限元仿真建立了车载电缆终端气隙三维模型,分析了气隙长度、厚度及跨度对电缆终端热场和电场的影响。仿真结果表明:气隙的存在造成了电缆终端内部电场严重畸变,畸变场强达到无缺陷时的1.2~6.9倍,不同气隙规格对电场的影响有明显差异,同时气隙规格对电缆终端内部热场分布的影响程度也不同,气隙造成绝缘层温度变化3.8~12.6℃。因此文中通过仿真手段量化分析了不同规格气隙缺陷对电缆终端绝缘性能的影响,对车载电缆终端内部气隙电场、热场的研究具有重要意义。

极端环境对高速动车组受电弓弓角放电电压影响的试验研究

受极端气候条件的影响,高速动车组受电弓弓角易发生对车顶闪络、放电等现象,给列车安全运营造成巨大威胁,为给受电弓弓角选型及优化方案提供理论指导与依据,有必要对弓角在各环境条件下的放电影响因素及变化规律进行探究。通过搭建1∶1弓角放电模型并进行雨水、盐雾、污秽环境模拟,对比分析各类型弓角的耐受电压水平和放电过程。结果表明:工频电压条件下,盐雾、雨水、污秽环境中各类弓角的击穿电压均满足高于65 kV的要求,且3种环境对击穿电压降低的影响程度依次减弱;雷电冲击电压条件下,3种环境中各类弓角的击穿电压均不能满足高于185 kV的要求,且盐雾和污秽环境会使弓角击穿电压依次下降,而雨水环境有利于击穿电压的提升;弓角的材质和型号对其击穿电压也有一定的影响。弓角的选型及优化措施应从其外形尺寸、材质种类和安装高度3个方面进行综合考量。

车顶绝缘子RTV涂层磨蚀规律及其对污闪电压的影响研究

高速列车车顶绝缘子涂覆防污涂料后,能够有效提高表面憎水性,从而提高污闪电压。但在列车行驶过程中,由于高速气流与空气中污秽颗粒的作用,防污涂层会逐渐磨蚀破损。为探究涂层磨蚀情况对车顶绝缘子绝缘性能的影响,通过理论与仿真分析,对不同风速下的涂层磨蚀规律进行研究,并依据磨蚀规律对涂层进行人工破坏,测试涂层破损后绝缘子的污闪电压。结果表明:涂层磨蚀程度侧风面>迎风面>背风面;随着风速增加,磨蚀面积扩大,同时磨蚀区域向背风面移动;随着涂层磨蚀程度的增大,绝缘子表面电场发生畸变,污闪电压下降,磨蚀程度过大时绝缘子污闪电压低于未涂覆涂层绝缘子。以上研究表明,铁路运维部门应当定期检查车顶绝缘子涂层磨蚀情况,磨蚀严重地区车顶绝缘子可不涂覆防污涂料。

受电弓通过分段绝缘器时电弧转移特性研究

受电弓通过分段绝缘器时,往往会产生电弧,且由于分段绝缘器两端数千伏高压,电弧往往难以熄灭,电弧转移时间过长将对分段绝缘器造成烧蚀损伤,影响铁路安全运营。分段绝缘器中电弧的转移以及弧根的演变对其燃弧、熄弧性能有重要影响。基于磁流体动力学理论(MHD),建立了受电弓过分段绝缘器空气电弧数学模型,研究了不同招弧角角度电弧转移过程,分析了转移过程气流场、电磁力、温度场以及电弧电压的变化,得到了受电弓过分段绝缘器弧根转移的根本原因。研究表明:随着招弧角增大,电弧转移速度呈现先增大后减小趋势;此外,角度增大使得电极间距变小,降低了电弧拉弧能力,最终得出60°为招弧角最优解。

基于受电弓状态感知的弓网安全监测系统研究与探讨

我国电气化铁路运营的里程日益增长,服役的车辆越来越多.作为车辆大系统关键装备之一的弓网系统,如何提高其服役检测水平,在确保安全运行的同时,降低维护检修的成本,这是弓网系统安全监测及故障诊断需要解决的关键问题.从系统的研制流程、整体架构、功能模块、故障诊断以及监测方案等几个方面,对弓网安全监测系统进行介绍和讨论.最后以具体的两个弓网故障为例,介绍如何通过对受电弓的状态感知,规划相应的安全监测方案.

风对针板电极间隙放电的影响

输电线路绝缘设备大部分处于空气环境中,由于受到自然环境中风因素的影响,其绝缘介质周边气流往往处于动态过程,因此绝缘设备处于风环境下的放电特性与处于静态环境下相比具有差异。本研究以沿面针-板电极与空气间隙针-板电极为研究对象,通过自行搭建的风洞系统以模拟大风环境,实验过程通过记录放电路径与放电电压并分析风环境对两者的影响规律与内在机理。试验发现:在有风环境下放电路径会沿着风的来流方向发生偏移与弯曲;对于沿面针-板电极,随着风速的提升其闪络电压随之增大;对于空气间隙针板电极,随着风速的提升其闪络电压先增大后减小,在风速为80 m/s时闪络电压达到最大值;这是由于风速的增加会使得放电离子被吹离放电区域,抑制放电的发生,同时风速增加也会导致气体密度下降,使得电离概率增大,增强了放电的发生;风环境导致放电离子被吹走与气体密度下降之间存在竞争关系,使得击穿电压的变化趋于平缓,在风速低于80 m/s时风将放电离子吹走,风速高于80 m/s时风影响气体密度使得间隙间气体密度减小。以上研究可为高速列车绝缘设备设计与防护提供借鉴。