沙塵環(huán)境下接觸網(wǎng)絕緣子電場分布的仿真研究.pdf

1、我國西北地區(qū)植被稀疏,土地荒漠化導致的沙塵暴已經(jīng)嚴重影響了鐵路運輸生產(chǎn)的安全運行。沙塵天氣不僅加速了沙塵在絕緣子表面的沉積,還使絕緣子周圍的清潔空氣變成了空氣和懸浮沙粒的混合媒質(zhì),并且在空間中形成了強烈的沙塵電場。工作環(huán)境的改變會影響絕緣子的電場分布,從而可能導致閃絡,研究沙塵環(huán)境下接觸網(wǎng)絕緣子的電場分布可為同環(huán)境下絕緣子閃絡等相關研究提供參考依據(jù)。
　　本文以電氣化鐵路接觸網(wǎng)專用的QBN-25型號腕臂棒形瓷絕緣子為研究對象,基于

2、靜電場有限元法建立了沙塵環(huán)境下絕緣子電場數(shù)值計算的仿真模型。應用人工截斷法設置合理的空氣域邊界,將絕緣子電場分布問題的求解由無限開區(qū)域轉化為有限閉區(qū)域,并設置無限元區(qū)域解決了絕緣子電場的遠場耗散問題。針對懸浮沙粒數(shù)量巨大,普通計算機無法計算的問題,根據(jù)模型的軸對稱特性和網(wǎng)格剖分的可操作性,制作了完整幾何模型的簡化模型,大幅提高了仿真效率。應用COMSOL Multiphysics有限元軟件計算分析了在絕緣子表面覆沙、沙塵電場、空氣中懸浮

3、沙粒等沙塵環(huán)境下絕緣子沿面電場的分布特性。
　　仿真結果表明:絕緣子沿面電位和電場分布受絕緣子幾何形狀影響明顯;絕緣子表面沉積沙塵會降低覆沙處的場強;當沙層中出現(xiàn)無沙帶時,無沙帶處的場強將會升高;沙塵電場會使絕緣子圓周方向的電場發(fā)生改變;空氣中懸浮的電中性沙粒可小幅畸變絕緣子沿面電位和電場;懸浮沙粒帶上相同的電量后,絕緣子沿面電位和電場的畸變幅度加大,其畸變幅度受懸浮沙粒的粒徑、數(shù)量、帶電量的大小和極性影響明顯;混合粒子群對絕緣子