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

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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 绝缘子污秽来源分析

1．2．2 绝缘子污秽分布特性分析

1．2．3 绝缘子污秽状态检测分析

1．2．4 绝缘子耐电痕性能分析

1．3 本文的研究内容

第2章 铁路沿线污秽特性分析研究

2．1 铁路沿线典型污秽提取分析

2．1．1 水泥厂附近的污秽分析

2．1．2 隧道内的污秽分析

2．1．3 煤油污染严重地带污秽分析

2．2 铁路沿线典型污秽的污秽度分析

2．2．1 等值附盐密度测量

2．2．2 不可溶物密度测量

2．2．3 实验测试结果

2．3 车顶绝缘子表面典型污秽分布规律

2．3．1 研究对象

2．3．2 雾室设计

2．3．3 纵向分区的污秽分布规律

2．3．4 横向分区的污秽分布规律

2．4 本章小结

第3章 车顶绝缘子污秽状态特征量提取分析

3．1 阻抗角提取理论分析

3．2 特征量提取实验方案

3．3 污秽状态特征量提取结论

3．3．1 泄漏电流判定值

3．3．2 临界闪络电压判定值

3．3．3 阻抗角的判定值

3．4 本章小结

第4章 车顶绝缘子沿面起弧时温度场分析

4．1 电痕破坏理论分析

4．2 仿真模型的建立

4．2．1 模型对象的确定

4．2．2 电弧参数的确定

4．2．3 边界条件的确定

4．3 仿真结果及分析

4．3．1 绝缘子局部起弧时温度分布及耐电痕性能分析

4．3．2 绝缘子闪络时沿面温升及耐电痕性能分析

4．3．3 绝缘子沿面起弧时温度随时间变化影响绝缘子耐电痕性能分析

4．4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果