2018浅谈对电气化铁路弓网系统的研究

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　　【摘 要】电气化铁路作为现代化的运输方式，具有节能、环保、低碳等多种优势，为促进经济可持续发展发挥了重要作用。电力机车通过受电弓从接触网获取电流，为电力机车供电，保证其正常牵引。因此，良好的弓网关系对电气化铁路运营起着至关重要的作用。本文通过对弓网系统的研究，解决弓网在实际运行中存在的问题。
　　【关键词】电气化铁路;接触网;受电弓;系统
　　1.弓网系统概述
　　受电弓是安装在电气列车上的一种从一根或几根接触线上集取电流的专用设备，由弓头、框架、底架和传动系统等部分组成，其几何形状可以改变。接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空之字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。在电力机车运行过程中，电力机车受电弓与接触网动态接触，相互作用。接触网能够确保质量良好不间断地输出电能，是保证电力机车正常行车的根本，同时，受电弓相对于接触网有一个向上的抬升力，是确保与接触网接触可靠，受流平稳的关键。受电弓与接触网相互依赖、相互作用，任何一方出了问题必然对电力机车的正常运行产生影响，甚至危及安全。
　　评价弓网关系的指标有三个方面：一是运行可靠性;二是受流质量;三是运行寿命。弓网系统通过不间断的机械、电气接触向电力机车供电，在满足一定的经济、技术条件下，供电可靠性、接触受流质量及弓网系统的运行寿命依赖于受电弓和接触网的的设计、施工、运行维护方案及大量参数的选取。
　　2.弓网系统主要特性
　　2.1几何特性
　　弓网系统是在构成电气设备的同时，在运行中必须保持有一定接触力的机械装置。对于同一系统而言，列车速度越高，维持弓网间良好接触越困难，受流质量也随之下降。
　　受电弓与接触网相互作用的基本要求：一是接触线不离开受电弓的工作范围;二是至少有一支接触线在受电弓弓头的工作范围内。受电弓的几何特性由以下决定：
　　(1)受电弓的工作范围。
　　(2)弓头的几何外形。
　　(3)受电弓的动态包络线。
　　(4)滑板的长度。
　　2.2动态特性
　　2.2.1弓网系统振动
　　弓网系统的振动为随机振动，当受电弓与接触线接触并发生滑动摩擦时，受电弓弹簧系统的振动、车体运行中产生的振动以及风力等因素均参与作用，使受电弓弓头在上下方向、左右方向、前后方向产生了运动。同时，接触网又包括接触线、承力索、腕臂、吊弦、定位装置等零件，其振动是一个非常复杂的振动系统。
　　2.2.2弓网接触压力
　　弓网接触压力承载着两大机械系统，即接触网和受电弓，两者相互作用。在电力机车运行过程中，受电弓与接触网之间发生滑动摩擦，受电弓对接触网施加向上的抬升力，接触网随之向上抬高。由于这两大机械系统分别能够产生振动，并且具有各种不同的质量模块、弹性强度、衰减频率，接触网本身受锚段弹性的影响使振动发生变化，又会向受电弓施加压力导致其周期性上下运动。随着速度的增加，这种动态平衡的稳定性也会越来越差，为保证受电弓滑板与接触线不间断接触，这种接触压力必须保持在一定的动态范围内。
　　2.3材料特性
　　受电弓滑板与接触线产生滑动摩擦时，由于机械、电气、热及化学作用，会使接触线与受电弓滑板接触部位的材料从表面移走，这种现象叫做受电弓滑板与接触线材料的磨损，这个过程既有机械作用的磨损，又有电气作用的磨损。目前，国内电气化铁路接触网一般采用AC25KV系统供电，受电弓滑板与接触线材料组合采用纯碳+铜或铜合金;而城市轨道交通的架空接触网一般采用DC1.5KV系统供电，受电弓滑板与接触线材料组合采用浸金属碳+铜或铜合金。
　　国外的情况，意大利高速电气列车牵引单元上的受电弓，在DC3kV区段升起的受电弓使用铜滑板;处于落弓位的受电弓使用碳滑板，在AC25kV区段使用。
　　2.4电接触特性
　　2.4.1弓网系统电接触定义
　　在弓网系统中，受电弓滑板与接触线在相互接触的过程中，通过接触面实现电流传输的物理、化学现象称为弓网系统的电接触。
　　2.4.2弓网系统电接触分类及主要问题
　　弓网系统的电接触分为静态接触、滑动接触和可分合接触三类。当列车静止不动时，弓网系统电接触为静态接触，此时出现的主要现象和问题是接触电阻、接触温升和接触熔焊;当滑板与接触线从接触状态变为分离状态或者从分离状态变为接触状态的过程为分合接触，主要的现象和问题是在满足一定的条件下，两者之间产生电火花或其他放电现象;当列车运行中，弓网系统电接触为滑动接触，主要的现象和问题除了静态接触的问题外，还有弓网二者之间的摩擦磨损及润滑等问题。
　　3.常见的弓网故障及处理措施
　　3.1接触网方面
　　3.1.1接触线硬点
　　电力机车在运行过程中，受电弓与接触线滑动接触时接触压力发生了突然的变化，这个点为接触网硬点。硬点会直接影响弓网之间正常的接触性能和受流性能，产生火花和拉狐，加快导线与受电弓滑板的磨损，严重时对受电弓进行撞击造成打弓，对接触网破坏，甚至会将受电弓打烂或造成接触网塌网。
　　3.1.2拉出值超限
　　由于施工质量不高或者日常检修不到位，造成拉出值超限，当列车运行至曲线、锚段、线岔、分相等区段时，易使受电弓脱离动态包络线，发生钻弓、打弓等较大的弓网事故。
　　3.1.3设备松动或脱落
　　由于设备长期受到震动，或者因天气温度变化、补偿装置卡滞，接触网发生窜动、摆动、振动等情况，各零部件易松动，又因受材质影响，也容易导致零部件断裂、损坏，若巡视不及时会造成零部件脱落，侵入受电弓动态包络线时发生弓网事故。
　　3.1.4接触网异物
　　因大风天气或者线路附近环境恶劣，常会出现塑料布、风筝等异物挂在接触网设备上的现象，若发现不及时，易出现弓网故障。
　　处理措施：
　　供电设备管理部门应加强对接触网静态参数的测量和对接触网设备的检查、检修工作，加大对关键接触网设备的检查力度，对线路附近的环境整治情况进行检查，采取登乘巡视等有力措施，及时发现接触网异常信息，保证接触网技术状态，确保接触网设备运行正常。