铁路接触网绝缘子积污特性仿真模拟研究
发布时间：2021-03-10 10:02
在电气化铁路接触网中,接触网腕臂支撑绝缘子是使用最为广泛的高压绝缘器件之一,在工作状态下,接触网绝缘子两端承受27.5KV的单相交流电,并且还承担接触网悬挂张力的机械负荷,因此绝缘子的绝缘性能对整个电气化铁路接触网的正常工作有着至关重要的作用。近些年来,随着我国工业水平的快速提高,空气污染问题也日益严重,空气中的雾霾颗粒含量也在逐渐增多。在自然风的裹挟之下,灰尘颗粒会逐渐的积聚在绝缘子表面,当绝缘子所处的环境比较潮湿时,绝缘子的绝缘性能就会下降,就会造成绝缘子的局部放电,严重时会发生绝缘子污闪事件,这就会给整个电气化铁路的正常工作造成极大的危害。当绝缘子发生污闪事故时,整个供电系统处于短路状态,造成变电所跳闸,供电中断,影响铁路运输系统的正常运营。因此,研究接触网绝缘子的积污特性,掌握其在自然条件的积污规律,可以为接触网绝缘子的清扫提供理论指导,这样就可以较少接触网绝缘子污闪事故的发生,从而保证接触网的正常供电和铁路运输系统的正常运营。本文利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对接触网绝缘子的自然积污情况进行了仿真模拟。首先分析了灰尘颗粒在接触网绝缘子表面接触时的受...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触网腕臂支撑绝缘子现场图
西南交通大学硕士研究生学位论文第15页粒所处的环境温度相关。通过扩散荷电的方式荷电的颗粒的电量计算公式如下：20004ln14iidKTNdeuqteKT=+(3-8)式中T—电荷所处空间的绝对温度(K)；K—玻尔兹曼常数；i0N—离子的浓度(个/m3);iu—离子的扩散速度(ms)。颗粒通过与离子碰撞荷电的饱和电量计算公式为：02saKTqe=(3-9)接触荷电又分为3类，包括固体和固体之间接触起电、固体和液体接触起电、液体和液体接触起电等。固体的接触荷电可以分为3个步骤，即固体的接触、分离和摩擦，示意图如图3-1所示。接触荷电产生的总电量q与接触时的电荷量0q关系如下：00fqSqqA==(3-10)式中fS—逸散系数，其大小介于0和1之间；A—两物质之间的接触面积(2m)；—两物质接触面的荷电系数(Cm2)。图3-1固体接触荷电示意图接触荷电可以分为金属之间的接触荷电、金属和半导体的接触荷电以及金属和绝缘体的接触荷电。两个半径分别为1R和2R的金属球通过接触荷电，达到平衡状态后获得电量的计算公式如下：()1212121212-1.1511300()RRRRaQgRRRRM=+++(3-11)
西南交通大学硕士研究生学位论文第19页碰撞点基于力学平衡和能量关系可以建立相应的碰撞-黏附模型，可以借助此模型分析颗粒在绝缘子表面碰撞黏附时所受的力。碰撞示意图如图3-2所示：图3-2颗粒碰撞示意图3.2.2颗粒与绝缘子表面碰撞时受力分析以颗粒与绝缘子表面碰撞点的位置为坐标原点，颗粒与绝缘子表面碰撞处的法向方向为z轴正方向，建立笛卡尔坐标系。图3-3为颗粒与绝缘子表面碰撞-黏附时的受力分析图。图3-3颗粒受力分析图（1）法向受力分析颗粒主要受到以下法向力：粘附力af，碰撞力cf，电场力法向分量enf，重力法向分量gfcos。粘附力af：粘附力主要是范德华斯力。当一个直径为pd的颗粒与表面接触时，粘附力的表达式如下[69]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电气化铁路接触网绝缘子污闪预警检测技术综述[J]. 孙忠国,张文轩,王卫东. 中国铁路. 2016(10)
[2]基于紫外成像技术的接触网绝缘子污秽状态检测[J]. 金立军,姜浩然,杨帆,段伟. 高电压技术. 2015(11)
[3]接触网腕臂瓷绝缘子放电特征参量与提取[J]. 盛良,王倩,孙忠国. 电瓷避雷器. 2014(06)
[4]XWP2–70双伞型绝缘子表面污秽颗粒积聚特性[J]. 张志劲,李星,舒生前,张东东,蒋兴良. 高电压技术. 2014(11)
[5]悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布的影响[J]. 张友鹏,赵珊鹏,陈志东,周郁,董海燕,王思华. 高电压技术. 2014(09)
[6]风洞模拟自然横风条件下绝缘子带电积污特性[J]. 律方成,黄华,刘云鹏,秦春旭,刘琴,徐涛. 高电压技术. 2014(05)
[7]自然污秽与人工污秽绝缘子等价性分析方法研究[J]. 赵晨龙,梅红伟,戴罕奇,王黎明,关志成,周志成. 中国电机工程学报. 2014(06)
[8]电压种类及极性对绝缘子积污的影响[J]. 孙保强,王黎明,关志成,孟晓波,赵宇明,张福增. 高电压技术. 2013(12)
[9]基于杨氏方程的固体表面能计算研究进展[J]. 刘永明,施建宇,鹿芹芹,郭云珠,陈瑞卿,尹大川. 材料导报. 2013(11)
[10]电力外绝缘污秽颗粒等效模型和粒径分布探讨[J]. 李恒真,王颖凯,刘刚,林意斐,刘云鹏,徐鑫. 电瓷避雷器. 2013(01)
硕士论文
[1]基于泄漏电流监测数据的接触网绝缘子泄漏特性研究[D]. 盛良.西南交通大学 2014
[2]线路自动盐密监测技术在防污闪工作中的应用研究[D]. 尚教会.华北电力大学 2012
[3]复合绝缘子憎水性评估方法及憎水性对闪络特性影响研究[D]. 白欢.重庆大学 2011
[4]陶瓷表面能调控及其易洁性研究[D]. 李计元.河北工业大学 2007
本文编号：3074486
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触网腕臂支撑绝缘子现场图
西南交通大学硕士研究生学位论文第15页粒所处的环境温度相关。通过扩散荷电的方式荷电的颗粒的电量计算公式如下：20004ln14iidKTNdeuqteKT=+(3-8)式中T—电荷所处空间的绝对温度(K)；K—玻尔兹曼常数；i0N—离子的浓度(个/m3);iu—离子的扩散速度(ms)。颗粒通过与离子碰撞荷电的饱和电量计算公式为：02saKTqe=(3-9)接触荷电又分为3类，包括固体和固体之间接触起电、固体和液体接触起电、液体和液体接触起电等。固体的接触荷电可以分为3个步骤，即固体的接触、分离和摩擦，示意图如图3-1所示。接触荷电产生的总电量q与接触时的电荷量0q关系如下：00fqSqqA==(3-10)式中fS—逸散系数，其大小介于0和1之间；A—两物质之间的接触面积(2m)；—两物质接触面的荷电系数(Cm2)。图3-1固体接触荷电示意图接触荷电可以分为金属之间的接触荷电、金属和半导体的接触荷电以及金属和绝缘体的接触荷电。两个半径分别为1R和2R的金属球通过接触荷电，达到平衡状态后获得电量的计算公式如下：()1212121212-1.1511300()RRRRaQgRRRRM=+++(3-11)
西南交通大学硕士研究生学位论文第19页碰撞点基于力学平衡和能量关系可以建立相应的碰撞-黏附模型，可以借助此模型分析颗粒在绝缘子表面碰撞黏附时所受的力。碰撞示意图如图3-2所示：图3-2颗粒碰撞示意图3.2.2颗粒与绝缘子表面碰撞时受力分析以颗粒与绝缘子表面碰撞点的位置为坐标原点，颗粒与绝缘子表面碰撞处的法向方向为z轴正方向，建立笛卡尔坐标系。图3-3为颗粒与绝缘子表面碰撞-黏附时的受力分析图。图3-3颗粒受力分析图（1）法向受力分析颗粒主要受到以下法向力：粘附力af，碰撞力cf，电场力法向分量enf，重力法向分量gfcos。粘附力af：粘附力主要是范德华斯力。当一个直径为pd的颗粒与表面接触时，粘附力的表达式如下[69]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电气化铁路接触网绝缘子污闪预警检测技术综述[J]. 孙忠国,张文轩,王卫东. 中国铁路. 2016(10)
[2]基于紫外成像技术的接触网绝缘子污秽状态检测[J]. 金立军,姜浩然,杨帆,段伟. 高电压技术. 2015(11)
[3]接触网腕臂瓷绝缘子放电特征参量与提取[J]. 盛良,王倩,孙忠国. 电瓷避雷器. 2014(06)
[4]XWP2–70双伞型绝缘子表面污秽颗粒积聚特性[J]. 张志劲,李星,舒生前,张东东,蒋兴良. 高电压技术. 2014(11)
[5]悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布的影响[J]. 张友鹏,赵珊鹏,陈志东,周郁,董海燕,王思华. 高电压技术. 2014(09)
[6]风洞模拟自然横风条件下绝缘子带电积污特性[J]. 律方成,黄华,刘云鹏,秦春旭,刘琴,徐涛. 高电压技术. 2014(05)
[7]自然污秽与人工污秽绝缘子等价性分析方法研究[J]. 赵晨龙,梅红伟,戴罕奇,王黎明,关志成,周志成. 中国电机工程学报. 2014(06)
[8]电压种类及极性对绝缘子积污的影响[J]. 孙保强,王黎明,关志成,孟晓波,赵宇明,张福增. 高电压技术. 2013(12)
[9]基于杨氏方程的固体表面能计算研究进展[J]. 刘永明,施建宇,鹿芹芹,郭云珠,陈瑞卿,尹大川. 材料导报. 2013(11)
[10]电力外绝缘污秽颗粒等效模型和粒径分布探讨[J]. 李恒真,王颖凯,刘刚,林意斐,刘云鹏,徐鑫. 电瓷避雷器. 2013(01)
硕士论文
[1]基于泄漏电流监测数据的接触网绝缘子泄漏特性研究[D]. 盛良.西南交通大学 2014
[2]线路自动盐密监测技术在防污闪工作中的应用研究[D]. 尚教会.华北电力大学 2012
[3]复合绝缘子憎水性评估方法及憎水性对闪络特性影响研究[D]. 白欢.重庆大学 2011
[4]陶瓷表面能调控及其易洁性研究[D]. 李计元.河北工业大学 2007
本文编号：3074486
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