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动车组车顶避雷器温度分布测量及缺陷仿真研究

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电网技术 2022年第3期46卷 1223-1231页

作者：律方成张启哲王胜辉刘明亮董兴浩王华倩新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网北京昌平供电公司北京市昌平区102200

车顶避雷器是动车组牵引供电系统的重要保护设备。由于列车运行速度快、天气条件复杂且接触网过电压频发,车顶避雷器故障时有发生,影响铁路系统正常运行。该文搭建了动车组车顶避雷器荧光光纤温度测量系统,研究了避雷器在持续运行电压... 详细信息

车顶避雷器是动车组牵引供电系统的重要保护设备。由于列车运行速度快、天气条件复杂且接触网过电压频发,车顶避雷器故障时有发生,影响铁路系统正常运行。该文搭建了动车组车顶避雷器荧光光纤温度测量系统,研究了避雷器在持续运行电压和操作冲击过电压2种工况下,不同位置氧化锌阀片的温度变化。建立了车顶避雷器有限元仿真模型,对避雷器开展电热耦合仿真,计算结果与试验测试结果具有较好的一致性。在仿真模型中设置阀片缺陷,研究了缺陷位置、缺陷数量和空气流速对避雷器温度分布特性的影响。最后,对动车组车顶避雷器的设计和维护提出了建议。

关键词：动车组车顶避雷器温度分布缺陷仿真

动车组铝合金车体焊缝质量等级评价的应力因数计算方法

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交通运输工程学报 2022年第1期22卷 133-140页

作者：卢耀辉李振生尹小春宋承裕刘淅卢川西南交通大学机械工程学院四川成都610031

建立了某型动车组铝合金焊接车体的有限元分析模型,对焊缝部位进行简化建模,焊缝与实际存在的差异在等效结构应力计算中进行修正;基于标准BS EN 12663—1:2010分析了车体承受的载荷,采用Box-Behnken正交矩阵设计确定了车体的9个疲劳载... 详细信息

建立了某型动车组铝合金焊接车体的有限元分析模型,对焊缝部位进行简化建模,焊缝与实际存在的差异在等效结构应力计算中进行修正;基于标准BS EN 12663—1:2010分析了车体承受的载荷,采用Box-Behnken正交矩阵设计确定了车体的9个疲劳载荷工况;对车体有限元模型施加多轴载荷,分析了车体侧墙上的4条长焊缝部位的应力分布,确定了6个应力因数计算的关注点;采用名义应力法和等效结构应力法计算车体侧墙焊缝的应力因数,对比分析了2种应力分析方法。分析结果表明:2种应力分析方法在循环次数为1.0×10^(7)的许用应力范围不同,名义应力为16.40 MPa,等效结构应力为26.61 MPa;6个关注点的名义应力范围均小于其等效结构应力范围,得到的车体焊缝6个关注点的名义应力和等效结构应力的应力因数分别为0.33、0.25、0.50、0.49、0.76、0.62和0.23、0.24、0.39、0.45、0.61、0.48;针对同一焊缝的关注点,名义应力法计算的应力因数大于采用等效结构应力法计算的应力因数;名义应力法存在很大的分散性,导致应力因数偏大,而等效结构应力法物理意义更明确,计算的应力因数更为合理。

关键词：动车组铝合金焊接车体焊缝质量等级应力因数名义应力结构应力疲劳载荷

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动车组制动盘热仿真方法适用性研究

中国铁道科学 2022年第5期43卷 78-86页

作者：左建勇王雪萍周苏芬夏铭辰同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804

基于目前制动盘有限元热仿真普遍采用的能量折算法、热机耦合法、热机-磨损耦合法及流固耦合传热法,研究不同动车组制动闸片压力工况下制动盘温升规律,并将仿真结果与台架试验结果进行对比,对不同热仿真方法进行适用性分析。结果表明:在... 详细信息

基于目前制动盘有限元热仿真普遍采用的能量折算法、热机耦合法、热机-磨损耦合法及流固耦合传热法,研究不同动车组制动闸片压力工况下制动盘温升规律,并将仿真结果与台架试验结果进行对比,对不同热仿真方法进行适用性分析。结果表明:在17.5 kN的制动闸片压力工况下,4种热仿真方法得到的盘面温升规律基本一致,最高温差小于10%,台架试验所得的制动盘温度场分布结果与能量折算法、热机耦合法及流固耦合传热法所得的比较相近,其中能量折算法计算效率最高,可用于制动盘材料的温升极限研究;当制动闸片压力增为22.5 kN时,4种热仿真方法中热机-磨损耦合法较其他3种方法的最高温差较大,台架试验与热机-磨损耦合法的制动盘温度场分布比较接近;由于摩擦副的接触摩擦力随制动闸片力的增大而增加,导致制动盘摩擦面快速升温,材料发生热膨胀变形,热机-磨损耦合法更能反映接触影响下的微观热现象,因此应选用热机-磨损耦合法研究制动盘热生成与热分布规律。

关键词：动车组通风式制动盘有限元法热生成适用性分析

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动车组避雷器谐波特性分析及建模

高电压技术 2022年第10期48卷 3891-3899页

作者：赵海波张万起沈迪宋可荐杨少兵中车长春轨道客车股份有限公司电气研发部长春130061 北京交通大学电气工程学院北京100044

针对动车组高压避雷器经常承受牵引网谐振过电压而发生烧损或炸裂等故障,开展基于谐波试验的分析和建模,探明避雷器谐波耐受特性。首先对全新和老化避雷器进行典型频率下的谐波试验,采用曲线拟合方法得出不同频率谐波电压作用下的避雷... 详细信息

针对动车组高压避雷器经常承受牵引网谐振过电压而发生烧损或炸裂等故障,开展基于谐波试验的分析和建模,探明避雷器谐波耐受特性。首先对全新和老化避雷器进行典型频率下的谐波试验,采用曲线拟合方法得出不同频率谐波电压作用下的避雷器电气特性。然后基于试验结果进行热平衡分析,得到避雷器在牵引网典型谐振工况下的极限耐受时间,老化避雷器谐振过电压耐受时间远小于新出厂避雷器。最后提出一种考虑多维度影响因素的避雷器阻性泄漏电流建模方法,并运用测试数据验证了方法的有效性和可行性,对实施车载避雷器健康监测具有积极意义。

关键词：动车组避雷器谐波特性阻性泄漏电流热平衡人工神经网络

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动车组受电弓检测装置的气动特性分析

铁道科学与工程学报 2022年第3期19卷 616-624页

作者：丁杰尹亮湖南文理学院机械工程学院湖南常德415000

为减小动车组车载设备的气动阻力,针对受电弓检测装置左右设备分别建立单体和3节车编组的数值计算模型。基于空气动力学的数值计算方法,将列车明线运行工况归结为定常不可压缩黏性流体流动问题。利用结构化网格划分软件对计算区域进行... 详细信息

为减小动车组车载设备的气动阻力,针对受电弓检测装置左右设备分别建立单体和3节车编组的数值计算模型。基于空气动力学的数值计算方法,将列车明线运行工况归结为定常不可压缩黏性流体流动问题。利用结构化网格划分软件对计算区域进行离散化并验证网格无关性,再采用标准k-ε湍流模型预测受电弓检测装置周围流场,对比分析不同列车速度、运行方向和安装位置等条件下的气动力特性。提出受电弓检测装置的外形优化方案。研究结果表明:受电弓检测装置单体的迎风面为正压,边线及背风面为负压,增大边线的倒圆角半径和调整平切面是优化左右设备外形流线型的途径;3节车编组的车顶设备之间流场存在相互影响,与单体模型的仿真结果相比,压力值有4%左右的差别;列车速度350 km/h时受电弓检测装置左右设备的阻力之和为600~700 N,阻力系数范围为0.45~0.68,倾覆力对列车的影响可忽略;增大受电弓检测装置边线的倒圆角半径可减小气动阻力,优化方案的阻力系数最大值较原始方案下降7%;车顶的安装法兰考虑了不同动车组车型安装受电弓检测装置的兼容性,但流线型差,背风面形成漩涡,导致气动阻力较大。受电弓检测装置的气动特性分析可为动车组车载产品设计提供指导。

关键词：动车组受电弓检测装置气动数值模拟

动车组车顶高压电器箱三维有限元仿真及试验验证

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高压电器 2022年第1期58卷 89-95页

作者：张彦林陈恒谦杨燕花李鸣霄邱浩王曙鸿中国中车株洲电力机车有限公司电气设备分公司湖南株洲412005 国网安徽省电力有限公司合肥供电公司合肥230061 西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西省智能电网重点实验室西安710049

动车组高压电器箱放置于车顶,内部集成了多种电气设备。但集成化的高压电器箱,使得箱内设备布局非常紧凑,可能造成某些设备金具表面电场集中,导致电晕放电。为分析动车组高压电器箱内部的电场分布情况,文中建立了高压电器箱的三维有限... 详细信息

动车组高压电器箱放置于车顶,内部集成了多种电气设备。但集成化的高压电器箱,使得箱内设备布局非常紧凑,可能造成某些设备金具表面电场集中,导致电晕放电。为分析动车组高压电器箱内部的电场分布情况,文中建立了高压电器箱的三维有限元模型。采用静电场和瞬态电场有限元方法,分别在额定工作电压和标准操作冲击电压下,计算了高压箱内的整体电场分布及其随时间的变化规律。为验证有限元仿真的准确性,进行了高压电器箱的电位测量试验。在额定工作电压下,测量了箱内高压隔离开关金具的悬浮电位;在操作过电压下,测量了箱外5个试验点处的电位。试验结果表明,在不同工况下,仿真计算和试验测量数据的相对误差不超过12.4%,建立的三维有限元仿真模型是合理有效的。文中的分析方法可为高压电器箱的研发及设计提供参考,并为后续的高压电器箱内部绝缘结构优化的仿真分析提供基础。

关键词：动车组高压电器箱有限元法三维电场仿真

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动车组车顶硅橡胶复合绝缘子干湿闪特性分析

高压电器 2022年第6期58卷 171-177页

作者：马建桥王向飞漆志斌马磊吴友强兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 温州益坤电气股份有限公司浙江温州325401

动车组车顶高压系统是动车组运行过程中从接触网可靠获取动力的主要部件,长期暴露在大气中的车顶绝缘子一旦发生闪络故障,将会造成动车组供电中断或趴窝故障。文中以一种新型动车组车顶硅橡胶复合绝缘子为对象,采用持续升压法对8只绝缘... 详细信息

动车组车顶高压系统是动车组运行过程中从接触网可靠获取动力的主要部件,长期暴露在大气中的车顶绝缘子一旦发生闪络故障,将会造成动车组供电中断或趴窝故障。文中以一种新型动车组车顶硅橡胶复合绝缘子为对象,采用持续升压法对8只绝缘子开展干湿闪络试验。试验结果表明,绝缘子干闪电压均大于140 kV,标准差小于3%;湿闪电压值大于120 kV,标准差小于3%;干湿闪电压值均满足动车组车顶绝缘子入网考核值100 kV、85 kV;湿润绝缘子表面用水电导率越高,放电电弧出现的时间越早,用相机拍摄到的电弧越明显;当低压侧金具被完全包覆时,多次闪络可造成包覆低压金具的护层边缘出现明显的烧蚀,烧蚀后的护层可能会在高速气流作用下被撕裂,建议后续的绝缘子结构优化设计中不完全用绝缘护层包覆低压金具。为解释干湿闪电压及放电过程差异,构建包含水滴或积水的三维模型,分析伞裙表面离散水滴或积水对伞裙表面附近空气域电场分布的影响。仿真结果表明:水滴或积水的存在畸变了其附近的电场强度,畸变后的电场值可达表面干燥时电场值的百倍。研究结果可为后续动车组车顶硅橡胶复合绝缘子结构优化设计提供参考。

关键词：动车组硅橡胶复合绝缘子闪络特性电场分布

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动车组产品可靠性评估与验证

中国铁道科学 2021年第1期42卷 116-122页

作者：王华胜朱庆龙钱小磊李昊蔡两中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094

针对动车组整车和零部件等产品的不同特点,按照不同车型、不同产品、不同运用条件、不同故障后果和不同置信度要求等分类评估的原则,研究动车组产品的可靠度评估方法,包括可靠度置信下限评估方法和故障率置信上限评估方法;以提高验证效... 详细信息

针对动车组整车和零部件等产品的不同特点,按照不同车型、不同产品、不同运用条件、不同故障后果和不同置信度要求等分类评估的原则,研究动车组产品的可靠度评估方法,包括可靠度置信下限评估方法和故障率置信上限评估方法;以提高验证效率、效益为目标,从最少验证样本、最短验证时间、最低验证成本的原则出发,研究无故障状况下动车组可靠度和故障率的验证方法;示例进行动车组整车故障率和轴箱轴承可靠度评估与验证。结果表明:采用评估与验证方法,可得到动车组产品置信度分别为50%,90%,95%,99%,产品可靠度下限分别为0.9~0.99,0.991~0.999时所需试验验证样本数量,以及百万km故障率上限分别为0.1~1.0时所需累计试验验证里程,实现基于可靠性目标要求的定量评估和验证考核。

关键词：动车组可靠性评估验证置信度故障率

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动车组钛酸锂电池荷电状态估计

电工技术学报 2021年第S01期36卷 362-371页

作者：郝文美张立伟彭博蔡娇杨瑞北京交通大学电气工程学院北京100044 交通部水运科学研究院北京100088

蓄电池作为应急供电电源,被广泛应用于动车组辅助供电系统中,电池的荷电状态可以反映充放电过程中电池的剩余电量,是动车组电池管理系统的重要参数。准确估计电池荷电状态,可以有效提高电池的使用效率及使用寿命。但是电池内部的化学反... 详细信息

蓄电池作为应急供电电源,被广泛应用于动车组辅助供电系统中,电池的荷电状态可以反映充放电过程中电池的剩余电量,是动车组电池管理系统的重要参数。准确估计电池荷电状态,可以有效提高电池的使用效率及使用寿命。但是电池内部的化学反应复杂且难以测量,目前的电池荷电状态大多只能通过间接测量计算的方法得到。该文以中国标准动车组钛酸锂电池作为研究对象,搭建二阶RC等效电路模型,基于扩展卡尔曼滤波法(EKF)的在线辨识方法,并通过电池工况实验对比辨识精度。为克服常规卡尔曼滤波法估计过程中噪声方差固定的缺点,提出了自适应卡尔曼滤波方法(AEKF)对电池荷电状态进行估计,并在Matlab中针对动车组锂电池实际应用工况,验证了其估计电池荷电状态的准确性。

关键词：动车组荷电状态钛酸锂电池自适应扩展卡尔曼滤波