第18卷第4期的《电气工程学报》上，发表了一篇名为《接触网腕臂绝缘子覆冰特性分析及结构优化设计》的研究论文。这项研究的主要作者包括丁思瑜、马建桥、张瑞谦、梁梦飞与吴进桐，分别隶属于兰州交通大学自动化与电气工程学院和中铁高铁电气装备股份有限公司。这项研究分析了接触网腕臂绝缘子在极端寒冷环境下的覆冰特性，并提出了一种基于异型伞结构的优化设计，为保障高速铁路网在寒冷地区的供电可靠性提供了新思路。这篇文章的DOI为10.11985⁄2023.04.037，具备良好的科学价值与现实意义。
高速铁路作为现代交通运输的重要支柱，其车顶受电弓与接触网之间的电力供应需要持续稳定。而接触网腕臂绝缘子的良好电气性能，是确保这些系统能够正常运作的关键。然而，在极端恶劣天气条件下（如雨雪冰冻），腕臂绝缘子的性能可能大幅下降，导致接触网供电频繁故障。例如在2020年，长珲城际线因雨雪冰冻灾害，大面积覆冰导致列车供电失效，产生了巨大经济损失。
尽管电力系统绝缘子的覆冰特性研究已有诸多进展，但腕臂绝缘子因其独特的安装方式和结构特性，在研究中尚相对罕见。尤其是斜安装的腕臂绝缘子，其与水平地面呈20°~30°夹角，与V型绝缘子的布置方式相似，但其伞裙分布密集、小伞径较小、芯棒较粗，特性上与V型绝缘子有所区别。
此前研究多针对V型绝缘子，但现有关于腕臂绝缘子覆冰特性的研究多集中于污秽分布、雪晶沉积等方面，缺乏对覆冰形貌以及覆冰过程的深入分析，对如何优化结构以降低问题的发生率也鲜有探讨。本研究旨在通过实验、仿真以及结构优化设计，研究腕臂绝缘子的覆冰特性，并提出改进方案。
研究对象为FQBJ-25/12型号的复合腕臂绝缘子，其伞裙结构由大小伞交替组成，共计17片，在高压端开始编号（从1#到17#）。研究中还详细列出了绝缘子的主要参数：例如结构高度799毫米，伞径大小155/115毫米，爬电距离1700毫米等。
实验装置方面，研究团队设计了可调角度的门型支架，用来精确调整腕臂绝缘子的倾斜角度（如30°）。装置包含喷淋系统、试验变压器、分压器等，其设计满足《DL/T 1247—2013高压直流绝缘子覆冰闪络试验方法》的相关要求。为了更好地记录局部电弧现象，实验中还放置了两台摄像机用于拍摄。
研究分为覆冰试验和融冰耐压试验两部分：
覆冰试验：将腕臂绝缘子悬挂于人工气候室，环境温度设置为-10℃，并通过喷淋系统模拟覆冰条件。液滴颗粒直径、流速、电导率等进行了严格控制；绝缘子上逐渐形成冰层及冰棱。
融冰耐压试验：测试在恒定高电压下（90kV）绝缘子的局部电弧生成及冰棱的形态变化。通过连续拍摄和场强测量，评估其绝缘性能。
实验表明：
斜腕臂绝缘子：伞裙的一侧有完整冰层，冰棱集中于伞裙边缘，冰棱连接小伞和大伞形成桥接现象。小伞上的冰棱长度为20~60毫米，大伞上为30~110毫米。当大小伞之间的冰棱桥接时，会显著降低爬电距离。
水平腕臂绝缘子：伞裙表面的冰层较为均匀，冰棱方向垂直于地面，无显著的桥接现象出现。
斜腕臂绝缘子：在高电压下，冰棱容易桥接，相邻的小伞与大伞形成局部强电场，并产生局部电弧放电。电弧放电后产生的热量融化冰棱，导致冰棱端部形成悬挂的水滴，这进一步畸变局部电场（畸变率可达4977%），使闪络发生概率显著增加。
水平腕臂绝缘子：伞裙之间距离大，冰棱之间的间隙不会被击穿，放电现象相比大幅减少。
基于三维建模与仿真软件COMSOL，研究分析了不同工况下的电场分布特性。结果显示：
研究提出了一种异型伞裙结构（extraordinary shape sheath structure）的腕臂绝缘子优化方案，改变伞裙分布方式，使其冰棱间的气隙增大，从而有效抑制桥接现象。仿真结果显示，优化后电场强度的畸变率降低了55.41%，显著改善绝缘性能。
这项研究填补了高速铁路腕臂绝缘子覆冰特性研究的空白，为保障极端寒冷条件下铁路供电系统的可靠性提供了切实可行的解决方案。
研究亮点