弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。     

考虑电极熔化的弓网电弧与电极耦合模型

为了探明弓网电弧对受电弓滑板与接触线材料的侵蚀规律,基于磁流体动力学(MHD)理论并考虑弓网电弧与电极之间的能量传递,建立了弓网电弧与电极熔化耦合分析模型。采用熔化/凝固模型求解弓网电极材料内部的能量方程,分析弓网电弧作用下的弓网电极材料熔化特性;通过计算稳态弓网电弧特性,得到弓网电弧对电极的热流密度分布情况,将热流密度注入受电弓滑板与接触线来分析弓网电极的熔化特性;研究了弓网电弧燃弧时弓网电极材料的熔池特性随时间的变化情况;分析了弓网电极材料在不同弓网电弧电流情况下的熔池特性。研究结果表明:弓网电弧对接触线和受电弓滑板的热流密度注入呈现高斯分布形态;接触线与受电弓滑板的熔池深度、熔池半径均随着弓网电弧作用时间的增大而增大;随着弓网电弧作用时间增加,接触线表面的熔池深度始终大于受电弓滑板表面的熔池深度,受电弓滑板与接触线表面的熔池半径大小出现2次交点;400 A弓网电弧电流作用0.2 s时间后,受电弓滑板和接触线的熔池半径分别达到3.86 mm和4.3 mm,熔池深度分别达到1.24 mm和2.95 mm;随着弓网电弧电流的增加,弓网电极材料表面的熔池深度与熔池半径均增大,且受电弓滑板与接触线的熔池半径随弓网电弧电流的变化趋势相同,接触线表面的熔池深度随弓网电弧电流的变化率更大。计算结果可为轨道车辆的弓网系统的设计和评估提供参考意见。     

弓网电弧起弧和熄弧距离及电弧烧蚀磨损的试验研究

利用自行研制的弓网电弧试验系统,研究弓网电弧起弧和熄弧距离。提出一种弓网电弧起弧和熄弧距离在线测量方法,通过试验研究电压、电流对弓网电弧起弧和熄弧距离的影响以及滑板电弧烧蚀磨耗的影响。试验结果显示,弓网离线起弧和熄弧距离随着电压的增大近似呈线性地增大;滑板电弧烧蚀磨损量随着电压和电流的增大而显著增大;电弧烧蚀磨损量与电弧能量密切相关,随着电弧能量增大,滑板磨损量也随之增大。     

青藏铁路格拉段建筑物基础接地电阻的估算

青藏铁路格拉段所经冻土地区具有高土壤电阻率,为尽可能降低该地区建筑物接地电阻,应充分考虑基础的降阻作用。针对青藏高原冻土土壤结构,提出计算建筑物基础接地电阻的估算公式,并给出是否可省略额外接地体的判别标准,为青藏铁路格拉段冻土地区接地系统的设计提供理论依据。     

电弧作用下浸铜碳材料烧蚀过程的数值模拟

电弧侵蚀是影响浸铜碳材料使用寿命的关键因素之一。首先,将电弧等效为高斯分布的热源,基于热传导理论和流体理论,考虑材料相变,探讨了浸铜碳材料的温度变化过程、材料发生相变的熔化-凝固过程;接着,分析了液体表面张力是烧蚀熔池流动的主导因素,影响材料内部的温度分布;最后,考虑浸铜碳材料的蒸发升华,求解了材料表面的形貌及温度分布。仿真研究结果表明:电弧作用下,浸铜碳材料相变形成熔池域,电弧熄灭后,熔池域继续扩大一段时间才逐渐减小;熔池表面散热较内部散热快。液体表面张力导致熔池表面流动,进而加快材料表面散热。电弧持续作用下,浸铜碳材料表面逐渐形成烧蚀熔池和烧蚀凹坑。烧蚀熔池的半径和深度随着时间的变化近似线性增长,材料表面烧蚀凹坑处的温度最高,其值在碳的升华温度附近波动。     

间歇性列车风对支撑绝缘子污闪影响分析

针对电气铁路支撑绝缘子污闪情况,分析了在列车风环境下,高速机车间歇列车风环境对支撑绝缘子表面积污状况的影响。分析表明,在列车风环境下,绝缘子两端部积污明显,应以端部积污状态来确定清扫频率;在输电线路闪络模型的基础上,结合在间歇性列车风影响下支撑绝缘子闪络的特点,分析了风场环境及风速对污闪的影响,修正了闪络模型。     

利用地形参数计算超高压输电线路绕击跳闸率

目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要原因,而超高压输电线路雷击跳闸主要原因是绕击。基于击距理论的电气几何模型在输电线路绕击性能评估中得到了广泛的应用,该模型认为绕击率与导线高度、地面倾角等因数有关,但是输电线路实际地面倾角的获取非常困难。为此,提出了一种利用Google Earth软件来计算地面倾角的方法。首先根据输电线路杆塔经纬度坐标计算位于垂直于输电线路走廊方向上点的经纬度坐标,通过Path Editor工具调用Google Earth软件获得各点的海拔高度;然后根据各点与杆塔所在位置的高差和距离,计算杆塔地面倾角;最后以某500 kV输电线路为例,利用改进的电气几何模型,研究实际地面倾角下整条输电线路的绕击跳闸率。研究表明:输电线路两侧绕击跳闸率差别较大,建议评估输电线路绕击性能时对输电走廊两侧地形的差异加以考虑;计算结果与实际发生过的雷击情况吻合,为差异化的防雷打下了基础。     

输电线路档距两端导线不等高时雷电绕击率的计算

传统电气几何模型法将导线平均高度代入估算线路的绕击率,该方法在档距两端导线等高的情况下基本可行,但对于档距两端导线不等高的情况势必造成较大误差。为进一步提高绕击率的计算精度,以输电线路绕击率三维计算方法为基础,考虑了档距两端导线不等高时垂直于线路方向截面上档距内导线的高度变化,进而得出档距两端导线不等高时绕击率的精确计算公式;通过算例比较了用文中提出的方法和传统电气几何模型法分别算出的结果差异。用该计算方法计算得出了绕击率随保护角、杆塔高度、雷电流幅值等参数的变化较为缓慢的结果。     

交流传动电动车组网侧变流器交流侧电感设计

四象限变流器以其交流电流谐波含量低,网侧功率因数高,电能双向传输,以及动态响应快等优点而成为交流传动电力机车和电动车组的电源侧变流器.四象限变流器交流侧电感的设计对PWM整流器的性能至关重要.为此,详细分析交流侧电流的瞬态变化过程以及交流回路矢量关系,从满足瞬态电流跟踪指标以及最大调制比限制确定了电感值的取值范围,同时分析了接触网电压波动对电感设计的影响.通过仿真证实了本文方法的可行性和正确性.     

接地网冲击特性试验

基于地网不等电位模型,在忽略土壤火花放电造成的非线性情况下,采用小功率冲击发生器对运行中的110kV变电站地网进行了冲击接地试验,测得了不同冲击电流作用下地网内外各点的冲击电位升的暂态波形,分析了垂直接地体(杆塔接地)及地网冲击散流规律及其动态时变性和冲击阻抗特性,并绘出了地网冲击电位分布图。