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沙霾环境中车顶绝缘子电场分布与电晕放电微观特性研究
| 论文题名： | 沙霾环境中车顶绝缘子电场分布与电晕放电微观特性研究 |
| 关键词： | 高速铁路;车顶绝缘子;电场分布;电晕放电;沙霾环境 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路技术的不断发展，高铁已逐步的深入到西北沙漠地区。因此列车的车顶绝缘子面临着风沙恶劣环境的影响，并且由于雾霾天气发生不受地域的限制，车顶绝缘子会同时受沙尘与雾霾天气的双重影响。而空气中的雾、霾、沙、尘等混合颗粒悬浮在车顶绝缘子的周围，会引起绝缘子的电场畸变，甚至造成绝缘子闪络。因此研究沙霾环境中车顶复合绝缘子电场分布特征，为运行在沙霾环境中的车顶绝缘子的安全运行提供理论支撑。局部电场畸变会引起电晕放电，破坏绝缘子的绝缘性能，因此进一步探究了环境因素对车顶绝缘子的电晕放电微观特性的影响，为其治理提供理论依据。 首先，研究了高速气流中沙霾混合颗粒在车顶绝缘子周围的分布情况。构建了车顶绝缘子风洞的ANSYS仿真模型，仿真分析了高速气流中沙霾混合多相体颗粒在绝缘子周围的分布情况，并研究了不同风速下悬浮颗粒浓度的变化。发现在旋涡与压力梯度的作用下悬浮颗粒会在绝缘子附近大量聚集，在迎风面聚集浓度最高可为其他区域的20倍左右，而随着风速的增大悬浮颗粒的浓度会小幅度减小。 其次，研究了车顶绝缘子在沙霾混合环境中电场电位的分布情况。在悬浮颗粒分布研究的基础上，通过COMSOL软件建立了车顶绝缘子、沙粒、雾霾微粒物的三维静电场模型，仿真分析了车顶绝缘子在沙霾环境中电场电位的分布情况，研究了颗粒带电量、带电极性以及颗粒物聚集特性对绝缘子电场的影响。结果表明：沙霾混合颗粒荷电后，其中荷电的沙粒对车顶绝缘子的沿面电场影响较大，其中当沙粒荷质比为?304?C/kg时，沿面电场畸变最严重，在+158?C/kg与-104?C/kg绝缘子电场畸变最小；沙霾颗粒都带负电对高压端电场的畸变最严重，而带正电时低压端的畸变最大；颗粒在绝缘子伞裙表面附近聚集会使得伞裙沿面电场发生更严重的畸变。 最后，进一步研究了环境中水分子浓度对车顶绝缘子电晕放电微观特性的影响。采用二维数值模拟计算，分析了不同含水量下电晕放电中电场强度、电子温度、电子密度和粒子浓度的变化规律，并通过氮氧环境中绝缘子电晕放电数据验证模型的准确性。研究发现：随着H2O浓度的上升，电子密度、N2与O2相关正离子浓度会略微的减小，而在阳极区的电场强度与电子温度会增大，其余区域没有明显变化；OH?和?OH的浓度在绝缘子伞裙与金具都明显较高，加速了绝缘子的氧化和腐蚀，其浓度随H2O浓度变化有小幅度波动。 |
| 作者： | 张靖 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王勋;曾晗 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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