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弓网直流燃弧能量及牵引电流扰动研究

弓网直流燃弧能量及牵引电流扰动研究

作者：蒲文旭西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国电气化铁路和城市轨道交通的高速发展,受流质量一直是列车安全高效运行的关键技术问题之一。弓网系统的良好接触是机车具有良好受流质量的先决条件,而弓网燃弧情况是弓网系统接触优劣的直接表现形式。欧洲标准EN50317：2002规... 详细信息

随着我国电气化铁路和城市轨道交通的高速发展,受流质量一直是列车安全高效运行的关键技术问题之一。弓网系统的良好接触是机车具有良好受流质量的先决条件,而弓网燃弧情况是弓网系统接触优劣的直接表现形式。欧洲标准EN50317：2002规定：弓网燃弧是评价弓网受流质量的重要指标之一。目前由于受到技术条件限制,国内外对弓网燃弧检测以及相关研究起步较晚,缺乏完整理论依据。因此,对弓网燃弧的研究对于线路的安全评估和现场维护是极其重要的,具有实际意义。本文通过对弓网燃弧光谱的提取与分析,采用(250±10)nm的紫外光波段作为弓网燃弧检测的特征量,研制出包含光学采集模块、紫外光电转换模块、数据处理分析模块以及辅助检测模块等组成的弓网燃弧检测系统,可以在线检测燃弧率、燃弧温度、列车运行参数等检测信息。在弓网燃弧检测系统的基础上,对弓网燃弧能量的检测也进行了较深入研究。首先将光谱辐照度响应度的概念引入到弓网燃弧检测领域,提出了一种基于光谱辐照度响应度的燃弧能量定标方法,并确定定标过程中组合误差为3.9%。然后通过试验测量,确定了弓网燃弧检测系统的可检测紫外光的最小功率密度,证实该系统具有较高的灵敏性,能够对弓网燃弧精确检测。最后搭建直流弓网燃弧模拟试验装置,探讨了弓网燃弧检测系统的紫外能量与燃弧能量的关系,并得到二者的线性相关性,为弓网燃弧能量作为弓网受流质量评价指标提供乐理论依据。通过对广州地铁二、三号线进行现场试验及数据采集,针对地铁直流牵引电流数据特征,提出了一种基于经验模态分解和改进的小波包奇异熵算法,并用于燃弧牵引电流处理分析,得出牵引电流扰动指标Γ。根据广州地铁现场试验数据,分析结果表明：改进后小波包奇异熵能直观、有效提取牵引电流扰动特征;扰动指标Γ能有效反映牵引电流扰动程度,衡量机车受流质量。最后,总结了本文所提出的用于衡量受流质量的算法步骤,为后续的弓网受流质量评价体系的完善提供了参考。

关键词：弓网燃弧光谱辐照度响应度燃弧能量小波包奇异熵牵引电流扰动

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地铁弓网燃弧能量与牵引电流扰动分析

地铁弓网燃弧能量与牵引电流扰动分析

作者：刘宝轩西南交通大学

学位级别：硕士

受电弓与接触线的良好接触是保障电力机车正常受流和安全运行的可靠前提。随着机车运行速度的逐步提高,弓网离线现象越来越频繁,弓网离线会引发弓网燃弧,弓网燃弧在一定程度上能够反映出弓网受流性能的优劣。弓网燃弧的频繁发生会造成... 详细信息

受电弓与接触线的良好接触是保障电力机车正常受流和安全运行的可靠前提。随着机车运行速度的逐步提高,弓网离线现象越来越频繁,弓网离线会引发弓网燃弧,弓网燃弧在一定程度上能够反映出弓网受流性能的优劣。弓网燃弧的频繁发生会造成弓网受流系统,尤其受电弓滑板的电气侵蚀,更严重甚至烧损接触网设备,引起变电所跳闸,威胁行车安全。因此,实现弓网燃弧在线监测的同时,及时定位并维护弓网受流薄弱点对于保障行车安全具有重要意义。本文首先利用实验手段,测量得到了非接触式弓网燃弧检测装置的检测最小功率密度。搭建了一套弓网燃弧发生装置,模拟了交流燃弧、直流燃弧的发生过程,研究了输入电压幅值对燃弧能量的影响,结果表明,输入电压幅值与燃弧能量呈正相关性,且相同输入电压幅值、间隙距离情况下,直流燃弧比交流燃弧所释放的燃弧能量更大。通过分析交流燃弧电流频域特性可知,造成交流电流扰动的主要原因是电路中三次谐波成分的增加。直流燃弧实验中,测量得到了直流燃弧能量与燃弧特征波段250±10nnm紫外能量的关系方程,解决了实际弓网燃弧能量不能够检测的难题,并探讨了极性对燃弧能量、燃弧率的影响,分析结果表明,相同实验条件下,接触线为阳极较接触线为阴极情况,燃弧能量更大,燃弧发生对碳滑条所造成的电气侵蚀也更严重。基于广州地铁二、三号线弓网燃弧试验检测数据,统计各检测区段机车启动、匀速、制动阶段弓网燃弧率、燃弧发生前后电流幅值,提取了500余次燃弧发生时刻燃弧信号、牵引电流信号和速度信号。根据EN50317要求,分析速度因素对燃弧率的影响,并通过对燃弧发生前牵引电流幅值、燃弧能量的统计,得出了燃弧能量与燃弧发生前电流幅值无关的结论。最后,基于小波多分辨率分析与Parseval理论,将燃弧发生前后牵引电流扰动程度,作为燃弧发生对弓网受流危害程度的量化指标,分析了广州地铁二、三号线燃弧检测数据,得到了燃弧能量、燃弧持续时间与牵引电流扰动程度的关系方程,解决了过多定位燃弧发生点的难题。

关键词：弓网燃弧模拟装置燃弧能量多分辨率分析牵引电流扰动

不同电流下Ce掺杂AgCuO触头材料转移行为研究

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电工技术学报 2024年

作者：王海涛王彦岭李书舸王景芹李文华省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 电工产品可靠性技术省部共建协同创新中心

材料转移是电弧侵蚀过程中的一个必然过程，研究材料转移机制对于优化电极的材料选择和设计，开发更耐用、更稳定的电极材料有重要意义，该文以Ce掺杂的AgCuO触头为研究对象，分析材料转移方向在不同电流下变化的机理。通过溶胶-凝胶法... 详细信息

材料转移是电弧侵蚀过程中的一个必然过程，研究材料转移机制对于优化电极的材料选择和设计，开发更耐用、更稳定的电极材料有重要意义，该文以Ce掺杂的AgCuO触头为研究对象，分析材料转移方向在不同电流下变化的机理。通过溶胶-凝胶法和粉末冶金法制备触头试样，借助JF04D电接触测试系统，在18V电压下设置10、15、20和25A四个电流等级，对触头进行20，000次电弧侵蚀实验。研究首先对比了15A电流条件下添加Ce后材料的性能提升情况，然后重点关注AgCuOCeO2触头在不同电流下的燃弧能量与燃弧时间，测定了侵蚀实验后阴阳极的质量变化，采用三维表面轮廓仪和扫描电镜表征阳极和阴极的表面侵蚀形貌，并对不同电流下的材料转移机制进行了深入讨论分析。结果表明，Ce元素提升了触头性能，电流大小影响电极间金属离子和气体离子的浓度，引发金属相或气体相电弧的产生，导致材料转移方向在电流增大时发生改变。为选用和开发性能优良的AgCuO触头材料，进而提升AgCuO触头可靠性提供了理论依据。

关键词： AgCuO触头材料电弧侵蚀材料转移表面形貌燃弧能量燃弧时间

小型断路器外壳热固改热塑对短路分断性能的影响与优化

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电器与能效管理技术 2024年第5期 53-60页

作者：陈昌足周超金平平上海西门子线路保护系统有限公司上海201600

为研究小型断路器(MCB)外壳材料的机械强度、抗高温电弧能力、产气量和介质恢复强度等特性,以及结构形式对其短路分断能力的影响,基于小型断路器外壳材料从某热固性的团状模塑料(BMC)改为某热塑性的PA6尼龙塑料的设计和某PA6材料特性,... 详细信息

为研究小型断路器(MCB)外壳材料的机械强度、抗高温电弧能力、产气量和介质恢复强度等特性,以及结构形式对其短路分断能力的影响,基于小型断路器外壳材料从某热固性的团状模塑料(BMC)改为某热塑性的PA6尼龙塑料的设计和某PA6材料特性,对外壳结构进行初步优化,通过不同外壳材料与结构的组合方案进行短路分断试验并获得试验数据。基于试验数据与试验后拆样信息划分燃弧阶段,探究各阶段燃弧时间、能量分布、稳定性与外壳材料及结构的关系,进行二次结构优化设计,最终通过短路分断试验。试验结果表明,热固改热塑的结构优化合理,对小型断路器短路分断试验的分析方法有效,可为同类产品热固改热塑设计与分析提供参考。

关键词：小型断路器热固热塑分断性能燃弧时间燃弧能量燃弧阶段

模糊辨识在直流电弧燃弧时间及能量建模研究中的应用

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低压电器 2001年第4期 6-9页

作者：邵青冯汝鹏佟为明哈尔滨工业大学 150001

本文研究了直流电弧燃孤时间及燃弧能量与触头分离初速度、回路电压及回路电流之间的非线性关系 ,采用模糊对向网络模型以及模糊C 均值算法 ,给出该非线性关系的模糊建模方法。应用的实际效果表明 ,所得模型具有较高精度。

关键词：模糊辨识燃弧时间燃弧能量能量建模直流电弧继电器

第二相粒度对AgSnO_(2)触头材料润湿性和电接触性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第1期51卷 24-29页

作者：王海涛刘伟杨梦林朱艳彩河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

选用TiO_(2)作为触头材料的添加剂,采用粉末冶金法制备了6种不同第二相(SnO_(2))粒度的AgSnO;和AgSnO_(2)/TiO_(2)触头材料。研究了2种触头材料的润湿性和电接触性能。用座滴法测量了Ag与SnO;之间的润湿角,并表征了材料的湿润性,使用JF... 详细信息

选用TiO_(2)作为触头材料的添加剂,采用粉末冶金法制备了6种不同第二相(SnO_(2))粒度的AgSnO;和AgSnO_(2)/TiO_(2)触头材料。研究了2种触头材料的润湿性和电接触性能。用座滴法测量了Ag与SnO;之间的润湿角,并表征了材料的湿润性,使用JF04C电接触触头材料测试系统对材料电接触性能进行了测试,分析了不同第二相粒度的触头材料的润湿性和电接触性能的变化规律。结果表明,当第二相粒度为100~300 nm时,2种触头材料的性能均优于其它粒度的触头材料。

关键词：第二相粒度润湿性接触电阻燃弧能量材料损失

微量Ce对AgCuNi合金电接触性能的影响

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稀有金属材料与工程 2008年第7期37卷 1309-1312页

作者：乔勋王健周世平贺晓燕李季庄滇湘蒋传贵昆明贵金属研究所云南昆明650106

利用电性能模拟试验机、扫描电镜(SEM)、DT-100型天平等实验设备,研究微量稀土Ce对AgCuNi合金的接触电阻、燃弧能量、表面侵蚀形貌特征和电寿命的影响。结果表明,添加微量Ce的AgCuNi合金接触电阻低而稳定、抗电弧侵蚀性能好、质量损耗... 详细信息

利用电性能模拟试验机、扫描电镜(SEM)、DT-100型天平等实验设备,研究微量稀土Ce对AgCuNi合金的接触电阻、燃弧能量、表面侵蚀形貌特征和电寿命的影响。结果表明,添加微量Ce的AgCuNi合金接触电阻低而稳定、抗电弧侵蚀性能好、质量损耗小、电寿命长,是一种电接触性能优异的新型触头材料。

关键词：稀土元素银合金接触电阻燃弧能量电寿命

不同TiB2颗粒粒径的TiB2/Cu复合材料耐电弧侵蚀行为

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复合材料学报 2019年第7期36卷 1684-1690页

作者：国秀花宋克兴李国辉冯江龙飞河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心洛阳471023 河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室洛阳471023

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了不同TiB2颗粒粒径的3wt%TiB2/Cu复合材料,研究了3wt%TiB2/Cu复合材料致密度、导电率、硬度和耐电弧侵蚀性能随TiB2颗粒粒径的变化规律,重点分析了不同TiB2颗粒粒径的3wt%TiB2/Cu复合材料耐电弧侵蚀行为... 详细信息

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了不同TiB2颗粒粒径的3wt%TiB2/Cu复合材料,研究了3wt%TiB2/Cu复合材料致密度、导电率、硬度和耐电弧侵蚀性能随TiB2颗粒粒径的变化规律,重点分析了不同TiB2颗粒粒径的3wt%TiB2/Cu复合材料耐电弧侵蚀行为。结果表明:3wt%TiB2/Cu复合材料致密度和硬度随TiB2颗粒粒径的增大而略有降低;TiB2颗粒粒径越小,TiB2/Cu复合材料的综合性能越好。随着TiB2颗粒粒径的增大,3wt%TiB2/Cu复合材料耐蚀稳定性降低,3wt%TiB2/Cu阴极材料的损耗量明显增加;当TiB2颗粒粒径为10μm时,3wt%TiB2/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能最佳。电弧蚀形貌观察表明:不同TiB2颗粒粒径的3wt%TiB2/Cu复合材料经电弧侵蚀后,3wt%TiB2/Cu复合材料均由阴极向阳极发生转移;随着TiB2颗粒粒径的增大,阴极质量损耗逐渐增加,触头表面电弧侵蚀面积增加;而在Cu基体中引入较小的TiB2颗粒,有利于减弱电接触实验过程中TiB2/Cu复合材料的喷溅现象。

关键词： TiB2/Cu 复合材料 TiB2颗粒粒径燃弧能量电弧侵蚀材料转移

Cr-Y共掺杂AgSnO_(2)触头材料性能的仿真与实验

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3518-3529页

作者：许婧婷王景芹朱艳彩张广智胡德霖黄光临河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 上海良信电器股份有限公司上海200137 苏州电器科学研究院有限公司苏州215104 温州聚星科技股份有限公司温州325062

采用掺杂改性的方式改善AgSnO_(2)复合触头材料的电性能和加工性能。基于密度泛函理论的第一性原理,对掺杂Cr-Y、Cr-Ce的SnO_(2)超晶胞进行弹性常数的仿真计算,筛选出力学性能较好的稀土元素Y进行电性能的仿真与实验。从能带结构和态密... 详细信息

采用掺杂改性的方式改善AgSnO_(2)复合触头材料的电性能和加工性能。基于密度泛函理论的第一性原理,对掺杂Cr-Y、Cr-Ce的SnO_(2)超晶胞进行弹性常数的仿真计算,筛选出力学性能较好的稀土元素Y进行电性能的仿真与实验。从能带结构和态密度分析Cr、Y单掺杂和共掺杂对SnO_(2)电子结构的影响,结果表明,掺杂后SnO_(2)能带隙减小,电子跃迁所需能量降低。采用溶胶凝胶法制备掺杂的SnO_(2)粉末,并应用XRD对其进行物相结构分析,验证了掺杂离子进入SnO_(2)晶格,形成固溶体,能实现仿真建立的替代掺杂模型。采用粉末冶金法制备掺杂的AgSnO_(2)复合触头材料,测量其密度、硬度和电导率,掺杂后AgSnO_(2)触头材料电导率提高,其中Cr、Y共掺时物理性能最优,验证了仿真结果。使用JF04D型电接触触头材料测试系统对触头材料进行电接触性能试验,试验结果表明,掺杂Cr、Y可有效降低AgSnO_(2)触头材料的燃弧能量,改善抗电弧侵蚀性,抑制电弧对触头的烧蚀,稳定触头材料的抗电弧侵蚀性能、抗熔焊性能。

关键词： AgSnO_(2)触头材料溶胶-凝胶法电接触性能燃弧能量能带结构