高速列车车顶绝缘子污秽状态及沿面起弧时温度场分析研究

发布时间：2020-02-23 21:02

【摘要】：车顶绝缘子作为高速列车外绝缘的关键器件,其绝缘性能是保证安全运行的关键考量因素之一。车顶绝缘子运行环境运行环境复杂多变,工况恶劣,雾霾、凝露等恶劣的天气与严重污秽的双重影响导致污闪频发。因此,本文通过调研铁路沿线典型污秽、绝缘子沿面污秽的分布特征,建立车顶绝缘子污秽状态的有效特征量,研究环氧树脂材料车顶绝缘子起弧温度与电痕破坏特性关系,可为高速列车车顶绝缘子避免污闪提供理论基础,保障牵引供电系统经济安全稳定运营。采用等值盐密值与灰密值法,分析了水泥厂附近、隧道、煤油严重地带的三种铁路沿线典型污秽成分特性,三处位置绝缘子受污染程度均为“非常严重”。水泥厂附近绝缘子污秽呈高灰度值特性,隧道内部绝缘子污秽等值盐密、灰密均高,煤油严重地带附近绝缘子盐密值极大、灰密值不高。小型雾室模拟车顶绝缘子受流动雾气的影响,三种自然污秽的等值盐密值受雾气影响较小,灰密值影响较为剧烈；并且等值盐/灰密值均在伞裙中间位置略高于两端,上表面伞裙积污情况高于下表面伞裙。车顶绝缘子表面污秽横向分布为等值盐密、灰密值在迎风面、背风面分布较高,侧风面相对较低。根据污秽分布状态分析了绝缘子污秽阻抗特性,试验测定车顶绝缘子泄漏电流、临界闪络电压、阻抗角。随着绝缘子表面的污染严重程度增强,绝缘子表面泄漏电流会随之增大。得到不同湿度60%～75%、75%～85%、85%～99%的临界闪络电压范围值分别大致为12.5kV～27.5kV、9kV～27.5kV、6kV～27.5kV。同阻抗幅值情况下,随着污秽等级严重程度增大,阻抗角变小；阻抗角一定,污秽等级越高,污秽阻抗幅值相对较低。利用ANSYS有限元仿真软件建立环氧树脂车顶绝缘子沿面产生局部电弧的电热耦合三维有限元模型,仿真得到护套位置的最低起痕条件下最大温度均高于伞裙上表面,高于伞裙下表面,绝缘子表面最大温度为1218.9K,在第一处护套位置。温度场判定电痕破坏的严重程度从高到低为：护套表面处位置,伞裙上表面位置,伞裙下表面。对电弧发展至整个车顶绝缘子闪络时的温度场进行仿真分析,最低起痕条件下温度极大值分别出现在第一片和最后一片伞裙边沿位置,最高可达2072K。伞裙边沿最易发生电起痕,伞裙根部,温度最低不易起痕。电痕程度随时间非线性变化,电蚀深度随时间线性增加,而电蚀宽度与时间可用双指数函数表征。
【图文】：

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车顶绝缘子

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严重影响高速列车安全运行。其绝缘子闪络的发生过程：沿面沉积污移成分（污逡逑秽在绝缘子表面形成一个污染层），，污移湿润受潮（污移层的绝缘性能下降，允许泄漏逡逑电流流通绝缘子两极），沿面形成电弧发热，导致局部放电，绝缘子最终闪络。图１－２逡逑为绝缘子闪络发展过程。逡逑表面污移沉积逡逑污移湿润受葡逡逑泄漏电流至干区形成逡逑＾７逦逡逑局部放电至沿面闪络逡逑图１－２绝缘子闪络发展过程逡逑目前，在网氋速列车运行期间横跨多个省份以及不同等级的污移区，污移来源由逡逑于特殊工况、复杂的运行环境并不与输电线路一致，而自然污移成分特性对污移度评逡逑估和污闪电压的影响起着重要的决定性因素。图１－３所示，车顶绝缘子沿面附着严重逡逑煤炭污秽。逡逑图１－３绝缘子沿面污移情况逡逑污移湿润受潮是影响绝缘子闪络的第二个重要环节。绝缘子曝露在大气环境中，逡逑影响绝缘子沿面受湿是雨水洗刷等气候形成的自然喷洒，以及从环境空气所附带凝露逡逑的吸附过程。高速列车运行工况与输电线路绝缘子不同，其外加条件有风速作用。强逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U269.6;TM216

【参考文献】