盐碱沙尘地区接触网绝缘子动态积污规律和污闪预测方法的研究

Saline and alkali dust is an important factor affecting the safe and stable operation of contact insulators. Due to the increase of the discharge failure rate of insulators in contact net caused by saline-alkali and sand-dust event occurrences, the risk of massive catastrophe failure is greatly increased. Therefore, it is of great significance to study the mechanism of contamination accumulating and pollution flashover prediction method. In this study, the dynamic sedimentation model of particulate matter was established by considering the climatic factors, using the method of dynamic saline dust particles, the adsorption force between the particles and the surface of the insulator is analyzed, the dust particles in the catenary insulator mounting surface of different rapid deposition is explored; The influence of the surface area of the insulator on the flashover voltage of the insulator is studied by means of finite element analysis method; Combining with various meteorological factors, the risk of contaminated insulator flashover is calculated and the risk forecasting of the short-term prediction of pollution flashover is calculated by the intelligent algorithm; The relationship between the surface charge of the insulator and the prediction probability of the pollution flashover is revealed, which lays a good foundation for the maintenance and maintenance of the contact insulator, and has important guiding significance for the safe and stable operation of the catenary in the dust environment.

盐碱沙尘是影响接触网绝缘子安全稳定运行的一个重要因素。由于盐碱沙尘天气引起的接触网绝缘子设备放电故障率的增加，使得接触网整体发生群发性停电故障的风险骤增，因此研究盐碱沙尘积污规律与污闪预测具有重要的的意义。本研究利用盐碱沙尘颗粒动力学方法，结合接触网绝缘子不同安装条件，考虑气候因素建立颗粒物的动态沉降模型，研究颗粒物与绝缘子表面间的吸附力的作用，探索沙尘颗粒在接触网绝缘子不同安装表面快速沉积规律；借助有限元分析方法，研究绝缘子表面积污对绝缘子污闪电压的影响；结合多种气象因素，进行接触网绝缘子污闪概率计算，利用智能算法进行中短期绝缘子污闪预测；揭示绝缘子表面积污与污闪预测概率的关系，为接触网绝缘子状态检修与维护奠定良好基础，同时对沙尘环境下的接触网的安全稳定运行具有重要的指导借鉴意义。

在西部盐碱地区时，恶劣的气候对铁路供电运营带来了不小的挑战。本项目首先以电气化接触网绝缘子为研究对象，对绝缘子表面自由沉降、边界层沉降、碰撞吸附及风与降雨冲刷四个过程进行分析，在此基础上建立数学动态积污模型，计算得到了绝缘子表面累积积污量与动态灰盐比，得到了盐碱地区绝缘子表面动态积污特性规律。. 其次，通过对绝缘子表面污秽成份进行分析，发现硫酸钙和氯化钠是影响绝缘子外绝缘特性的两种主要成份，对硫酸钙在不同盐溶液中的溶解度进行计算分析，建立混合盐溶液电导率计算数学模型，基于此展开对绝缘子闪络电压计算公式的修正，得到不同盐污秽积污绝缘子污闪电压计算式；同时以绝缘子表面污秽成份为基础，对其干燥和湿润状态下的电场进行仿真分析，发现污秽成份对表面电场具有一定的影响，并通过混合盐电导率计算，对有无干燥带时的绝缘子表面电场进行分析，得到了干燥带对表面电场的影响；依据污秽成份对绝缘子污闪电压的影响程度，建立了基于硫酸钙不同质量分数染污的绝缘子闪络电压预测模型，分析了硫酸钙质量分数在不同盐密、灰密、温度、气压下对绝缘子闪络电压的影响，并通过不同算法对积污绝缘子闪络电压进行预测。在此基础上通过伞间距、大伞伸出量和大小伞伸出差值三个特征对绝缘子结构优化，为盐碱地区绝缘子选型优化提供了一种可靠的物理模型。. 最后建立了人工鱼群-BP神经网络模型对多种环境分量和绝缘子运行时间等多特征量下的绝缘子污秽等级进行预测，为绝缘子污秽等级评定提供了参考，并搭建了绝缘子污闪概率模型，通过概率计算辅助完善盐碱区绝缘子污闪预警机制；另外还建立盐碱区复合腕臂绝缘子动态积污仿真模型，通过COMSOL软件对绝缘子进行静电场、电粒子相互作用场、湍流场和颗粒运动场等多物理场仿真分析，分别讨论了水平安装和斜安装两种方式下不同来污方向绝缘子表面电场和污秽积污分布，为优化设计绝缘子提供了工程基础。