动车组车顶高压电器箱三维有限元仿真及试验验证

动车组高压电器箱放置于车顶,内部集成了多种电气设备。但集成化的高压电器箱,使得箱内设备布局非常紧凑,可能造成某些设备金具表面电场集中,导致电晕放电。为分析动车组高压电器箱内部的电场分布情况,文中建立了高压电器箱的三维有限元模型。采用静电场和瞬态电场有限元方法,分别在额定工作电压和标准操作冲击电压下,计算了高压箱内的整体电场分布及其随时间的变化规律。为验证有限元仿真的准确性,进行了高压电器箱的电位测量试验。在额定工作电压下,测量了箱内高压隔离开关金具的悬浮电位;在操作过电压下,测量了箱外5个试验点处的电位。试验结果表明,在不同工况下,仿真计算和试验测量数据的相对误差不超过12.4%,建立的三维有限元仿真模型是合理有效的。文中的分析方法可为高压电器箱的研发及设计提供参考,并为后续的高压电器箱内部绝缘结构优化的仿真分析提供基础。

动车组车顶高压电器箱的电场计算及优化设计

集成化的动车组车顶高压电器箱,其箱内电气设备布局非常紧凑,可能造成某些设备的金具表面电场集中,导致电晕放电。建立动车组高压电器箱的三维有限元计算模型:在正常工况(额定工作电压)下,基于静电场分析箱内整体电场的分布规律;在异常工况(标准雷电冲击电压)下,基于瞬态电场分析箱内整体电场分布及其随时间的变化规律。针对高压电器箱内表面场强较集中的金属部件,分别进行电场调整:采用改变电极形状的方法,调整高压隔离开关的表面电场;采用包裹绝缘护套的方法,调整电压互感器汇流排的表面电场;采用增设开口均压环的方法,优化真空断路器上/下刀片的表面电场,并借助正交化实验设计方法,确定开口均压环的最佳设计参数。最后,通过悬浮金属的电位测量试验,验证有限元计算的正确性。文中的分析计算和结构优化方法可为高压电器箱的工程设计提供参考。