電氣化鐵路架空導(dǎo)線微風(fēng)振動磨損特性研究.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)振動磨損特性對于提高輸電線路可靠性及減少電能損耗具有重要意義。
　　論文依托國家自然科學(xué)基金項目，以35kV架空輸電線路中常用的LGJ150/25鋼芯鋁絞線為對象，模

2、擬了導(dǎo)線在各種工況下的微風(fēng)振動，研究了架空導(dǎo)線微風(fēng)振動磨損特性及磨損導(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。通過對架空導(dǎo)線有限元模型施加正弦激勵模擬微風(fēng)振動的仿真計算，分析了在微風(fēng)振動條件下導(dǎo)線內(nèi)部線股間的接觸應(yīng)力分布狀況，揭示了振動頻率對接觸點(diǎn)

3、的振幅和微動位移的影響規(guī)律，并得到了試驗的驗證。
　?。?）建立了架空導(dǎo)線微風(fēng)振動模擬試驗臺，完成了不同的預(yù)張力、振動頻率、振動循環(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。通過正交試驗設(shè)計，分析了各試驗參數(shù)對導(dǎo)線微動磨損量的影響，結(jié)果表明，電流強(qiáng)度和大氣環(huán)境對導(dǎo)線磨損面積的影響最大，其次為預(yù)張力和振動時間，振動頻率相對來說影響較小；同時揭示了電流、預(yù)張力、振動頻率及大氣環(huán)境對導(dǎo)線磨損的影響規(guī)律。通過控制參數(shù)變化試

4、驗，建立了試驗導(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，表明電流變化對導(dǎo)線磨損更為敏感。通過觀察加載電流和不同腐蝕介質(zhì)下的試驗導(dǎo)線磨損表面形貌和成分，分析了不同腐蝕介質(zhì)對導(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。
　　（4）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)線電暈特性測試系統(tǒng)，采用CoroCAM IV+紫外成像儀測量了已磨損導(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、振動頻率、大氣環(huán)境和不同性質(zhì)加載電壓對磨損導(dǎo)線電暈特性的影響規(guī)律。
　　通過比較單根導(dǎo)線上各位置的起暈電壓與對應(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與磨損量的變化趨勢基本相反；試驗導(dǎo)