大风区段开孔式挡风墙对正馈线气动特性的影响

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿真分析挡风墙孔隙率及开孔角度对于正馈线气动特性响应的规律。结果表明:挡风墙设置一定孔隙率后,会冲击挡风墙后形成的旋涡流场,使流场趋于平稳;随着孔隙率的增大挡风墙尾流接触网正馈线位置处气流增速区范围大幅减小,且正馈线气动力系数呈明显降低趋势;当挡风墙孔隙率为0.3时,挡风墙背风侧风速残余系数为0.46~0.69,此时正馈线升、阻力系数下降率分别超过41.56%和24.59%;在孔隙率为0.3,且挡风墙设置150°开孔角度时,正馈线气动力系数相较其他角度降幅明显,从而对于正馈线的舞动可以起到进一步的抑制作用。研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动防治及挡风墙优化提供一定的理论参考。

大风区接触网低风压正馈线设计及防舞有效性分析

兰新高铁大风区段接触网正馈线易在挡风墙影响下发生大幅舞动,造成线索疲劳断股,金具磨损加剧,危及行车安全。为探究低风压导线对于兰新高铁大风区段接触网正馈线无覆冰舞动的适应性,基于低风压导线运行机理,遵循低风压导线开发的关键要求和正馈线现场实际应用需求,设计一种适用于兰新高铁大风区段的低风压正馈线。基于流体力学的建立包含挡风墙与不同结构的低风压正馈线模型,利用仿真软件进行数值模拟计算,得出不同风载荷下不同结构低风压正馈线的气动力参数和周围流场,对比分析了低风压正馈线气动力系数与流场特性。结果表明:在整个测试风速范围内,中心角θ=45°的6种低风压正馈线的风阻力系数均小于常规正馈线,当凹槽半径与正馈线半径之比r/R=0.14时,低风压正馈线的防舞效果最显著,降阻率达到25.86%。然而低风压正馈线的降阻率与绞线表面粗糙度并不是严格呈正比例关系,r/R=0.15时正馈线的阻力系数大于r/R=0.14时的阻力系数,所以低风压正馈线设计的关键在于探寻合适的结构参数。气流在低风压正馈线模型背风面凹槽内产生小漩涡,气流与壁面摩擦产生起到反推作用的摩擦阻力,且小漩涡延缓了气流与壁面的分离,减小了负压区面积,在这种现象的影响下,低风压正馈线起到了降阻的效果。低风压正馈线可为大风区接触网附加导线的舞动防治提供重要参考。

兰新高铁大风区低风压正馈线受力特性

为抑制兰新高铁大风区正馈线舞动,保证列车安全运行,首先,设计新型低风压正馈线,仿真获取常规正馈线和低风压正馈线在不同风载荷下的气动力参数和舞动幅值,并进行对比分析;其次,对防舞效果较佳的3种低风压正馈线建立三维有限元模型,并施加拉伸载荷,模拟正馈线舞动时的受力情况;最后,分析低风压正馈线形变及应力变化.结果表明:低风压正馈线自由端形变量远大于固定端,铝股线形变量大于钢股线,且越往外层,股线形变量越大;在绞线制造时可以考虑将钢层和铝层交替绞合,以平衡绞线的导电性和刚性.在股线相互接触的位置出现了应力集中,应力集中位置与股线绞合方向相同;在绞线制造时,可以考虑在股线表面覆缓冲层,以减缓正馈线舞动时股线之间的振荡冲击,并延长正馈线的使用寿命;低风压正馈线模型的凹槽小圆弧半径与常规正馈线半径的比值越大,最外层铝股线的形变越大,正馈线舞动时越容易断股;在低风压正馈线选型时应该综合考虑,平衡防舞有效性与使用寿命.

兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响

为研究兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响,基于流体力学建立正馈线流场模型,分别针对无墙和有墙的情况,分析正馈线在不同风速下气动特性的变化规律。研究结果表明:挡风墙对气流有较强的汇聚作用,大幅增加了正馈线周围的空气流动速度。随着来风速度的增大,挡风墙后正馈线处风攻角也随之增大,当风速达到15 m/s 及以上时,攻角基本稳定在29°~30°之间。有墙条件下正馈线升力及阻力系数幅值加大且呈现无规律振荡,挡风墙对正馈线气动力的增大效应是导致正馈线发生低频高幅舞动的主要原因。挡风墙外形尺寸对于正馈线气动特性有重要影响,选择合适的高度和截面宽度可一定程度改善正馈线气动特性,以减少舞动的发生。

兰新高铁大风区段接触网正馈线斜拉绝缘子防舞有效性分析

为解决兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动问题,保障牵引供电系统安全运行,开展了接触网正馈线斜拉绝缘子防舞有效性研究。以正馈线为研究对象,基于结构力学建立正馈线有限元模型,施加导线自重负载对其进行找形计算,并对找形后的模型添加相应的气动载荷,分析对比安装斜拉绝缘子前后正馈线的舞动响应。研究结果表明:以来风速度15 m/s为例,未安装斜拉绝缘子之前,正馈线舞动剧烈,垂向位移和横向位移峰峰值分别为1.82 m和1.81 m;安装斜拉绝缘子之后,正馈线舞动峰峰值明显减小,最大张力减小到导线安全运行范围内,张力波动减小,证明安装斜拉绝缘子能够有效地抑制正馈线舞动现象。

大风区段接触网多跨距正馈线舞动特性

为分析大风区段接触网多跨距正馈线的舞动特性,以兰新高铁正馈线为研究对象构建其3维有限元模型,并验证模型的准确性。考虑悬垂线夹自由度对导线舞动的影响,利用空气动力学理论研究气动特性,由Davenport函数模拟随机风场。对比分析单跨与多跨正馈线舞动的幅频特性,并对多跨正馈线中仅有一跨满足舞动条件的工况进行了研究。研究结果表明:在相同的风速下,风速大于10 m/s时多跨正馈线的舞动幅值、平均应力均大于单跨;单跨以及风速小于或等于15 m/s时的多跨正馈线水平方向舞动幅值大于垂直方向舞动幅值;当风速大于20 m/s时,正馈线舞动幅值呈减小趋势,且在多跨正馈线舞动模式中存在2个半波。同时,受悬垂线夹自由度的影响,相邻跨正馈线之间存在舞动波的传递现象,导线易受相邻跨舞动波的影响而发生舞动。通过该研究可以更加全面、深刻地认识正馈线舞动机理,也可为现场正馈线的舞动防治提供理论支撑。

兰新高铁大风区接触网正馈线悬挂结构适应性分析

试验和运行经验表明,兰新高铁大风区接触网正馈线(AF线)疲劳磨损问题非常突出。通过理论结合实际的方法,利用有限元三维流体场仿真辅助手段,分析百里、三十里风区挡风墙后方大风运动特征及AF线风场内受挡风墙结构增速影响的运动特点,提出AF线受激励源干扰产生大幅振动的机理。利用现场样本空间数据累计及AF线V形悬挂铰接零部件的运动频次,提出AF线V形悬挂结构合理性设计的关键点及结构匹配重要性,以及限制零部件间磨损的有效措施。

计及绞线表面粗糙度的大风区接触网正馈线舞动响应研究

为研究兰新高铁大风区接触网正馈线的表面粗糙度对其舞动响应的影响,首先,以结构动力学理论为基础,将正馈线等效为一种弯曲的梁,建立正馈线力学模型并推导出舞动微分方程。其次,在有挡风墙环境下,计及正馈线表面粗糙度,利用Fluent软件对正馈线模型进行仿真,得到不同风速下的正馈线相关气动系数。最后,对正馈线进行受力分析,将相关流体参数代入舞动微分方程得出正馈线的舞动响应。研究结果表明:在大风状态下,相对于简化的光滑导线表面,考虑表面粗糙度时,正馈线水平、垂直舞动幅值会明显降低,气动系数进一步减小,并在正馈线导线尾部产生较大漩涡且漩涡脱落模式发生了显著变化,故针对绞线气动特性的研究不可忽略其表面粗糙度产生的影响。

兰新高铁大风区接触网正馈线舞动在线监测系统设计

兰新高铁大风区接触网正馈线的舞动常造成线索疲劳断股与牵引供电停电等故障。为实时监测正馈线舞动状态,基于无线传感器网络技术设计了正馈线舞动多点分布式在线监测系统。采用三轴加速度传感器同步采集各舞动监测点加速度分量信息,通过构建ZigBee无线通信网络传输监测数据,2次频域积分处理得到位移信息后利用最小二乘法对监测点处舞动轨迹进行拟合。搭建正馈线舞动监测模拟试验平台,对系统的通信质量和监测精度分别进行测试。试验结果表明,所设计的监测系统满足舞动在线监测的各项基本需求,可以准确反映导线舞动状况,监测结果能够为大风地区接触网的运营维护和正馈线舞动防护提供可靠的数据。

对郑西高铁接触网正馈线绝缘子整治措施的探讨

郑西高铁开通以来,出现过多次全线接触网绝缘子闪络跳闸现象。通过对郑西高铁正馈线故障绝缘子运行情况及其结构的分析,提出几种整治方案。

基于Simulink的位置正馈振动主动控制

基于Simulink的振动主动控制,用Simulink框图设计位置正馈补偿滤波器。将实际模型置于仿真系统进行半实物仿真控制。通过位置测量、对位控制,将受控结构位置正馈至控制器,再将控制器位置正馈给控制结构,控制其振动。并以交互界面修改滤波器参数,在Simulink中,通过定义封装模块实现计算机与数据采卡的通信。

AT网络上下行接触网互为正馈线方式简介

复线上下行接触网互为正馈线方式作为一种设想,在上世纪70年代就曾经被提出过,但对其电气特性分析则未见有过报道。本文对该方式在网络内电流分布、牵引网阻抗特性、网络内电压损失和电力损失、网络供电能力以及对主变压器容量的影响等问题进行了详细的分析,得出了相应的结论。

基于流固耦合的大风区接触网正馈线舞动机制分析

为进一步明确挡风墙尾流影响下接触网正馈线的舞动机制,以兰新高铁接触网正馈线为研究对象,基于空气动力学理论,建立了接触网正馈线风致振动响应的分析模型。采用流固耦合方法对不同固有频率比和自由度的二维接触网正馈线模型进行了时程分析。研究结果表明:频率比和自由度对接触网正馈线的舞动幅值存在较大的影响。频率比越小,接触网正馈线的振幅受风速影响越大,接触网正馈线发生舞动时的风速范围更广。垂直单自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值大于垂直-水平两自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值,表明接触网正馈线的水平振动对垂直振动存在一定限制作用。当接触网正馈线在挡风墙尾流影响下发生振动时,正馈线的风攻角不断发生变化。迎风角较大时,正馈线垂直方向气动力幅值增大,更易引起正馈线垂直方向的大幅舞动,并将接触网正馈线的舞动模式归属为无覆冰条件下的Den Hartog舞动。研究结果进一步明确了大风区段无覆冰条件下接触网正馈线的舞动机制,为接触网正馈线舞动的防治提供一定的理论支撑。

正馈线位置对通信线上感应电压的影响

本文是部分感应电压系数概念的应用。通过计算与正馈线位置相关的部分感应电压系数λs,讨论正馈线位置对通信线上感应电压的影响。分析表明 ,当通信线与铁路的距离小于 4 5m时 ,正馈线位于支柱外侧较好 ;而当通信线与铁路的距离大于 4 5m时 ,正馈线位于支柱内侧好。

挡风墙尾流作用下导线表面粗糙度对接触网正馈线气动特性的影响

大风经过兰新高铁沿线挡风墙后,容易引发接触网正馈线发生舞动现象。为分析挡风墙尾流作用下导线表面粗糙度对正馈线气动特性的影响,基于流体力学建立铁路挡风墙尾流风洞实验装置与5种不同表面粗糙度导线模型。由于导线与整体计算域尺寸差距悬殊,对整体计算域的网格采用分块划分。利用流体仿真软件研究不同风速下正馈线的气动特性。结果表明:正馈线表面粗糙度越低,升、阻力增大越明显。在入口风速为1 m/s时,不同表面粗糙度正馈线升、阻力系数基本值保持稳定;在入口风速大于5 m/s时,随着表面粗糙度降低,正馈线升、阻力系数增大;不同表面粗糙度的正馈线尾部流场产生的漩涡不同,并且在导线凹凸处产生不同的细小漩涡。正馈线近壁面的气体流动特征发生较大变化,对导线气动特性影响较为明显。

兰新高铁桥梁挡风屏对正馈线气动特性的影响

兰新高铁沿线受地理环境限制采用较多桥梁结构,为研究分析大风区段桥梁挡风屏对接触网正馈线气动特性的影响,基于计算流体动力学中的有限体积法及Transition SST湍流模型,建立桥梁挡风屏及正馈线计算模型;针对不同的挡风屏高度、挡风屏透风率及风速,分析接触网正馈线的气动特性差异及规律.研究结果表明:桥梁挡风屏的存在对接触网正馈线有明显的增速效应,随着挡风屏高度的增加,接触网正馈线气动升力、阻力系数均呈现先增大后减小的趋势,并在挡风屏高度4 m时达到最大值;挡风屏设置透风结构后,来流更多地通过透风结构而减小了对接触网正馈线气动特性的影响,透风率越大对正馈线气动特性的影响越小,综合考虑认为40%的挡风屏透风率在不同风速下具有很好地降低正馈线气动特性的效果.研究结果可为大风区段新建线路提供理论依据和参考.

正馈线电缆击穿故障分析及处理措施

对侯月线单线隧道正馈线电缆击穿的故障进行了分析,并结合运行实践经验提出了预防的措施,包括严把电缆头制作关,降低接地电阻,加强维护力度,装设电缆护层保护器,加强技术管理等。

公铁两用钢桁梁桥接触网正馈线优化方案

接触网正馈线是保障接触网可靠性的重要结构。以武汉天兴洲大桥为例,分析公铁两用钢桁梁桥正馈线故障特点,指出其根本原因是钢桁梁桥受温度变化影响导致正馈线弛度动态变化和桥梁结构净空限制,造成接触网承力索与正馈线、正馈线与公路桥梁体间有效绝缘距离不足。提出基于供电方式改变的临时修复方案和基于正馈线电缆优化的长期修复方案,对后者进行工程应用,实际效果表明:该方案可消除设备隐患,降低该区段接触网设备故障率,提高供电可靠性,保障供电质量。

大风区段高速铁路正馈线防风技术探讨

根据已运营高速铁路的运营经验和常规采取的措施,结合兰新铁路和兰新铁路第二双线大风灾害频繁的特点和施工经验,对正馈线防风技术措施进行探讨,解决大风灾害造成正馈线故障,引起接触网停电,严重影响高速铁路安全运营的技术问题。