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原文传递电气化铁路架空导线微风振动磨损特性研究

论文题名：	电气化铁路架空导线微风振动磨损特性研究
关键词：	电气化铁路;架空导线;微风振动;磨损特性
摘要：	架空线路是向电气化铁路输送电能的重要载体，是保证铁路系统安全运行的重要组成部分。随着电气化铁路的快速发展和输送电压等级的升高，如何减少线路的损耗成为当前研究的热点。输电线路的损耗很大一部分原因是由于导线的磨损引起的，而微风振动是引起导线磨损的主要因素，因此研究导线微风振动磨损特性对于提高输电线路可靠性及减少电能损耗具有重要意义。　　论文依托国家自然科学基金项目，以35kV架空输电线路中常用的LGJ150/25钢芯铝绞线为对象，模拟了导线在各种工况下的微风振动，研究了架空导线微风振动磨损特性及磨损导线的电晕损耗特性。论文的主要工作和结论如下。　　（1）对架空导线进行了静力学和接触力学分析，建立了架空导线接触有限元模型。分析了初始静态加载预张力条件下导线内部各层铝线股的接触应力分布，得到了线股接触应力随预张力变化的规律。通过对架空导线有限元模型施加正弦激励模拟微风振动的仿真计算，分析了在微风振动条件下导线内部线股间的接触应力分布状况，揭示了振动频率对接触点的振幅和微动位移的影响规律，并得到了试验的验证。　　（2）建立了架空导线微风振动模拟试验台，完成了不同的预张力、振动频率、振动循环次数、电载荷，以及大气条件等参数下架空导线的磨损模拟试验。通过正交试验设计，分析了各试验参数对导线微动磨损量的影响，结果表明，电流强度和大气环境对导线磨损面积的影响最大，其次为预张力和振动时间，振动频率相对来说影响较小；同时揭示了电流、预张力、振动频率及大气环境对导线磨损的影响规律。通过控制参数变化试验，建立了试验导线沿轴线方向不同位置与磨损量的关系模型，确定了试验导线上磨损最大的位置；且以导线中间位置和线夹出口位置为例，建立了磨损量与其影响因素间的关系模型，模型分析结果与正交试验基本一致，为进一步研究导线磨损特性提供了相关数据。　　（3）采用JSM-7500F冷场发射扫描电子显微镜（SEM）与X射线能谱仪（EDS）观察各种工况下的试验导线及服役导线磨痕表面形貌特征及成分，揭示了电流和电压对导线内外层铝线股接触磨损特性及内层铝线股与钢芯接触磨损特性的影响机理，表明电流变化对导线磨损更为敏感。通过观察加载电流和不同腐蚀介质下的试验导线磨损表面形貌和成分，分析了不同腐蚀介质对导线磨损的影响规律，揭示了各工况下载流导线线股间接触磨损机理，其与服役导线的磨损机理基本一致。　　（4）采用有限元仿真方法研究了磨损微粒的大小、形状及分布对导线电晕放电的影响规律，结果表明，附着于导线表面的磨粒会降低原导线的起晕电压，磨粒的尺寸（特别是不同高度）、密集度不同，对电晕放电的影响程度也不相同。　　建立了导线电晕特性测试系统，采用CoroCAM IV+紫外成像仪测量了已磨损导线在不同加载电压下的放电光子数，采用―切线法‖确定了磨损导线的起晕电压，研究了不同循环周次、预张力、振动频率、大气环境和不同性质加载电压对磨损导线电晕特性的影响规律。　　通过比较单根导线上各位置的起晕电压与对应的磨损量，发现导线上各点起晕电压与磨损量存在非线性关系，起晕电压的变化趋势与磨损量的变化趋势基本相反；试验导线在不同循环周次下，相同位置处的起晕电压随磨损量的增加而降低。
作者：	赵美云
专业：	载运工具运用工程
导师：	刘正林;赵新泽
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文