接触网绝缘子电晕放电特性仿真研究

摘要

随着我国经济的快速发展，大气环境变的越来越恶化。大部分铁路接触网裸露在自然环境中，接触网绝缘子表面易积污形成导电污层，导致局部场强畸变从而发生电晕放电，对接触网线路的安全运行有着不容忽视的影响。目前，对于电晕放电的研究存在研究对象单一、研究内容单一、研究模型单一的问题。针对存在的问题，本文选择接触网绝缘子作为研究对象，建立接触网绝缘子流体-化学混合数值模型。宏观上研究放电时场强、平均电子能等能量的变化，微观上研究各类粒子在放电过程中的分布，同时研究外界因素对电晕放电的影响。为接触网线路安全运行防止绝缘子电晕放电提供理论依据。论文主要内容:
　　近年来随着我国铁路规模的不断扩大接触网绝缘子遇到的问题也随之增多。以接触网常用的QBG-25棒型绝缘子作为研究对象，建立了接触网绝缘子表面清洁与积污两种状态下的的仿真模型。根据静电场原理结合有限元计算软件对两种情况下沿面电场的分布进行仿真计算，并对结果进行分析。为后续工作打下了基础。
　　其次，为了研究接触网绝缘子电晕放电的特性，对模型进行了二位轴对称化简。在传统流体动力学模型的基础上添加玻尔兹曼方程求解，再结合电子碰撞电离、弹性碰撞、吸附、中性粒子间碰撞等33种反应方程，提出了基于流体力学与化学反应结合的接触网绝缘子电晕放电二维数值模型。采用数值仿真模拟计算了从电晕开始到电晕发生30ns时的暂态数据，分析在绝缘子电晕放电过程中电场强度、电子数密度、电子温度、正离子数密度等特征量的动态分布。
　　气体介质不变时，电晕放电与气体的压强、密度有关。根据我国地域情况，确定合适大气压强变化范围，分析了大气压强对接触网绝缘子电晕放电的影响;在绝缘子表面形成电子集聚的因素较多，改变初始电子密度，总结了接触网绝缘子电晕放电特征量的变化规律。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究工作内容

2 电晕放电基本理论与绝缘子放电机理

2．1 汤森理论与流注理论

2．2 电晕放电数值模型

2．3 绝缘子电晕放电机理

2．4 小结

3 绝缘子局部电场仿真分析

3．1 仿真软件的选择

3．1．1 软件介绍

3．1．2 仿真流程

3．2 绝缘子仿真模型的建立

3．2．1 OBJ-25型铁道棒形瓷绝缘子

3．2．2 仿真参数

3．2．3 网格剖分

3．3 清洁绝缘子电场分布

3．4 污秽绝缘子电场分布

3．5 仿真计算验证

3．6 小结

4 接触网绝缘子电晕放电混合模型建立与求解

4．1 接触网绝缘子电晕放电模型的建立

4．1．1 接触网绝缘子电晕放电混合模型控制方程

4．1．2 接触网绝缘子电晕放电微观过程的化学反应描述

4．1．3 关键边界条件

4．2 接触网绝缘子电晕放电结果分析

4．2．1 电势与电场分布

4．2．2 电子密度分布发展规律

4．2．3 电子温度发展规律

4．2．4 重粒子密度分布发展规律

4．3 小结

5 环境因素对绝缘子电晕放电的影响

5．1 压强对电晕放电的影响

5．1．1 压强对电场强度的影响

5．1．2 压强对平均电子能的影响

5．2 初始电子密度对电晕放电的影响

5．2．1 初始电子密度对电子分布的影响

5．2．2 初始电子密度对电场强度的影响

5．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果