電氣化鐵路架空導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)磨損特性研究.pdf

1、架空線路是向電氣化鐵路輸送電能的重要載體，是保證鐵路系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要組成部分。隨著電氣化鐵路的快速發(fā)展和輸送電壓等級(jí)的升高，如何減少線路的損耗成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。輸電線路的損耗很大一部分原因是由于導(dǎo)線的磨損引起的，而微風(fēng)振動(dòng)是引起導(dǎo)線磨損的主要因素，因此研究導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)磨損特性對(duì)于提高輸電線路可靠性及減少電能損耗具有重要意義。
　　論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以35kV架空輸電線路中常用的LGJ150/25鋼芯鋁絞線為對(duì)象，模

2、擬了導(dǎo)線在各種工況下的微風(fēng)振動(dòng)，研究了架空導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)磨損特性及磨損導(dǎo)線的電暈損耗特性。論文的主要工作和結(jié)論如下。
　?。?）對(duì)架空導(dǎo)線進(jìn)行了靜力學(xué)和接觸力學(xué)分析，建立了架空導(dǎo)線接觸有限元模型。分析了初始靜態(tài)加載預(yù)張力條件下導(dǎo)線內(nèi)部各層鋁線股的接觸應(yīng)力分布，得到了線股接觸應(yīng)力隨預(yù)張力變化的規(guī)律。通過(guò)對(duì)架空導(dǎo)線有限元模型施加正弦激勵(lì)模擬微風(fēng)振動(dòng)的仿真計(jì)算，分析了在微風(fēng)振動(dòng)條件下導(dǎo)線內(nèi)部線股間的接觸應(yīng)力分布狀況，揭示了振動(dòng)頻率對(duì)接觸點(diǎn)

3、的振幅和微動(dòng)位移的影響規(guī)律，并得到了試驗(yàn)的驗(yàn)證。
　?。?）建立了架空導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)，完成了不同的預(yù)張力、振動(dòng)頻率、振動(dòng)循環(huán)次數(shù)、電載荷，以及大氣條件等參數(shù)下架空導(dǎo)線的磨損模擬試驗(yàn)。通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析了各試驗(yàn)參數(shù)對(duì)導(dǎo)線微動(dòng)磨損量的影響，結(jié)果表明，電流強(qiáng)度和大氣環(huán)境對(duì)導(dǎo)線磨損面積的影響最大，其次為預(yù)張力和振動(dòng)時(shí)間，振動(dòng)頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)影響較??；同時(shí)揭示了電流、預(yù)張力、振動(dòng)頻率及大氣環(huán)境對(duì)導(dǎo)線磨損的影響規(guī)律。通過(guò)控制參數(shù)變化試

4、驗(yàn)，建立了試驗(yàn)導(dǎo)線沿軸線方向不同位置與磨損量的關(guān)系模型，確定了試驗(yàn)導(dǎo)線上磨損最大的位置；且以導(dǎo)線中間位置和線夾出口位置為例，建立了磨損量與其影響因素間的關(guān)系模型，模型分析結(jié)果與正交試驗(yàn)基本一致，為進(jìn)一步研究導(dǎo)線磨損特性提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。
　?。?）采用JSM-7500F冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）與X射線能譜儀（EDS）觀察各種工況下的試驗(yàn)導(dǎo)線及服役導(dǎo)線磨痕表面形貌特征及成分，揭示了電流和電壓對(duì)導(dǎo)線內(nèi)外層鋁線股接觸磨損特性及內(nèi)層

5、鋁線股與鋼芯接觸磨損特性的影響機(jī)理，表明電流變化對(duì)導(dǎo)線磨損更為敏感。通過(guò)觀察加載電流和不同腐蝕介質(zhì)下的試驗(yàn)導(dǎo)線磨損表面形貌和成分，分析了不同腐蝕介質(zhì)對(duì)導(dǎo)線磨損的影響規(guī)律，揭示了各工況下載流導(dǎo)線線股間接觸磨損機(jī)理，其與服役導(dǎo)線的磨損機(jī)理基本一致。
　?。?）采用有限元仿真方法研究了磨損微粒的大小、形狀及分布對(duì)導(dǎo)線電暈放電的影響規(guī)律，結(jié)果表明，附著于導(dǎo)線表面的磨粒會(huì)降低原導(dǎo)線的起暈電壓，磨粒的尺寸（特別是不同高度）、密集度不同，對(duì)電暈

6、放電的影響程度也不相同。
　　建立了導(dǎo)線電暈特性測(cè)試系統(tǒng)，采用CoroCAM IV+紫外成像儀測(cè)量了已磨損導(dǎo)線在不同加載電壓下的放電光子數(shù)，采用―切線法‖確定了磨損導(dǎo)線的起暈電壓，研究了不同循環(huán)周次、預(yù)張力、振動(dòng)頻率、大氣環(huán)境和不同性質(zhì)加載電壓對(duì)磨損導(dǎo)線電暈特性的影響規(guī)律。
　　通過(guò)比較單根導(dǎo)線上各位置的起暈電壓與對(duì)應(yīng)的磨損量，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線上各點(diǎn)起暈電壓與磨損量存在非線性關(guān)系，起暈電壓的變化趨勢(shì)與磨損量的變化趨勢(shì)基本相反；試驗(yàn)導(dǎo)