淺談對(duì)電氣化鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)的研究

【摘 要】電氣化鐵路作為現(xiàn)代化的運(yùn)輸方式，具有節(jié)能、環(huán)保、低碳等多種優(yōu)勢(shì)，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。電力機(jī)車(chē)通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲取電流，為電力機(jī)車(chē)供電，保證其正常牽引。因此，良好的弓網(wǎng)關(guān)系對(duì)電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)的研究，解決弓網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路；接觸網(wǎng)；受電弓；系統(tǒng)

1.弓網(wǎng)系統(tǒng)概述

受電弓是安裝在電氣列車(chē)上的一種從一根或幾根接觸線(xiàn)上集取電流的專(zhuān)用設(shè)備，由弓頭、框架、底架和傳動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，其幾何形狀可以改變。接觸網(wǎng)是在電氣化鐵道中，沿鋼軌上空“之”字形架設(shè)的，供受電弓取流的高壓輸電線(xiàn)。在電力機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，電力機(jī)車(chē)受電弓與接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸，相互作用。接觸網(wǎng)能夠確保質(zhì)量良好不間斷地輸出電能，是保證電力機(jī)車(chē)正常行車(chē)的根本，同時(shí)，受電弓相對(duì)于接觸網(wǎng)有一個(gè)向上的抬升力，是確保與接觸網(wǎng)接觸可靠，受流平穩(wěn)的關(guān)鍵。受電弓與接觸網(wǎng)相互依賴(lài)、相互作用，任何一方出了問(wèn)題必然對(duì)電力機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至危及安全。

評(píng)價(jià)弓網(wǎng)關(guān)系的指標(biāo)有三個(gè)方面：一是運(yùn)行可靠性；二是受流質(zhì)量；三是運(yùn)行壽命。弓網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)不間斷的機(jī)械、電氣接觸向電力機(jī)車(chē)供電，在滿(mǎn)足一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，供電可靠性、接觸受流質(zhì)量及弓網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命依賴(lài)于受電弓和接觸網(wǎng)的的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)方案及大量參數(shù)的選取。

2.弓網(wǎng)系統(tǒng)主要特性

2.1幾何特性

弓網(wǎng)系統(tǒng)是在構(gòu)成電氣設(shè)備的同時(shí)，在運(yùn)行中必須保持有一定接觸力的機(jī)械裝置。對(duì)于同一系統(tǒng)而言，列車(chē)速度越高，維持弓網(wǎng)間良好接觸越困難，受流質(zhì)量也隨之下降。

受電弓與接觸網(wǎng)相互作用的基本要求：一是接觸線(xiàn)不離開(kāi)受電弓的工作范圍；二是至少有一支接觸線(xiàn)在受電弓弓頭的工作范圍內(nèi)。受電弓的幾何特性由以下決定：

（1）受電弓的工作范圍。

（2）弓頭的幾何外形。

（3）受電弓的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線(xiàn)。

（4）滑板的長(zhǎng)度。

2.2動(dòng)態(tài)特性

2.2.1弓網(wǎng)系統(tǒng)振動(dòng)

弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動(dòng)為隨機(jī)振動(dòng)，當(dāng)受電弓與接觸線(xiàn)接觸并發(fā)生滑動(dòng)摩擦?xí)r，受電弓彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)、車(chē)體運(yùn)行中產(chǎn)生的振動(dòng)以及風(fēng)力等因素均參與作用，使受電弓弓頭在上下方向、左右方向、前后方向產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，接觸網(wǎng)又包括接觸線(xiàn)、承力索、腕臂、吊弦、定位裝置等零件，其振動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)。

2.2.2弓網(wǎng)接觸壓力

弓網(wǎng)接觸壓力承載著兩大機(jī)械系統(tǒng)，即接觸網(wǎng)和受電弓，兩者相互作用。在電力機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，受電弓與接觸網(wǎng)之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，受電弓對(duì)接觸網(wǎng)施加向上的抬升力，接觸網(wǎng)隨之向上抬高。由于這兩大機(jī)械系統(tǒng)分別能夠產(chǎn)生振動(dòng)，并且具有各種不同的質(zhì)量模塊、彈性強(qiáng)度、衰減頻率，接觸網(wǎng)本身受錨段彈性的影響使振動(dòng)發(fā)生變化，又會(huì)向受電弓施加壓力導(dǎo)致其周期性上下運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增加，這種“動(dòng)態(tài)平衡”的穩(wěn)定性也會(huì)越來(lái)越差，為保證受電弓滑板與接觸線(xiàn)不間斷接觸，這種接觸壓力必須保持在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。

2.3材料特性

受電弓滑板與接觸線(xiàn)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦?xí)r，由于機(jī)械、電氣、熱及化學(xué)作用，會(huì)使接觸線(xiàn)與受電弓滑板接觸部位的材料從表面移走，這種現(xiàn)象叫做受電弓滑板與接觸線(xiàn)材料的磨損，這個(gè)過(guò)程既有機(jī)械作用的磨損，又有電氣作用的磨損。目前，國(guó)內(nèi)電氣化鐵路接觸網(wǎng)一般采用AC25KV系統(tǒng)供電，受電弓滑板與接觸線(xiàn)材料組合采用純碳+銅或銅合金；而城市軌道交通的架空接觸網(wǎng)一般采用DC1.5KV系統(tǒng)供電，受電弓滑板與接觸線(xiàn)材料組合采用浸金屬碳+銅或銅合金。

國(guó)外的情況，意大利高速電氣列車(chē)牽引單元上的受電弓，在DC3kV區(qū)段升起的受電弓使用銅滑板；處于落弓位的受電弓使用碳滑板，在A(yíng)C25kV區(qū)段使用。

2.4電接觸特性

2.4.1弓網(wǎng)系統(tǒng)電接觸定義

在弓網(wǎng)系統(tǒng)中，受電弓滑板與接觸線(xiàn)在相互接觸的過(guò)程中，通過(guò)接觸面實(shí)現(xiàn)電流傳輸?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)現(xiàn)象稱(chēng)為弓網(wǎng)系統(tǒng)的電接觸。

2.4.2弓網(wǎng)系統(tǒng)電接觸分類(lèi)及主要問(wèn)題

弓網(wǎng)系統(tǒng)的電接觸分為靜態(tài)接觸、滑動(dòng)接觸和可分合接觸三類(lèi)。當(dāng)列車(chē)靜止不動(dòng)時(shí)，弓網(wǎng)系統(tǒng)電接觸為靜態(tài)接觸，此時(shí)出現(xiàn)的主要現(xiàn)象和問(wèn)題是接觸電阻、接觸溫升和接觸熔焊；當(dāng)滑板與接觸線(xiàn)從接觸狀態(tài)變?yōu)榉蛛x狀態(tài)或者從分離狀態(tài)變?yōu)榻佑|狀態(tài)的過(guò)程為分合接觸，主要的現(xiàn)象和問(wèn)題是在滿(mǎn)足一定的條件下，兩者之間產(chǎn)生電火花或其他放電現(xiàn)象；當(dāng)列車(chē)運(yùn)行中，弓網(wǎng)系統(tǒng)電接觸為滑動(dòng)接觸，主要的現(xiàn)象和問(wèn)題除了靜態(tài)接觸的問(wèn)題外，還有弓網(wǎng)二者之間的摩擦磨損及潤(rùn)滑等問(wèn)題。

3.常見(jiàn)的弓網(wǎng)故障及處理措施

3.1接觸網(wǎng)方面

3.1.1接觸線(xiàn)硬點(diǎn)

電力機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，受電弓與接觸線(xiàn)滑動(dòng)接觸時(shí)接觸壓力發(fā)生了突然的變化，這個(gè)點(diǎn)為接觸網(wǎng)硬點(diǎn)。硬點(diǎn)會(huì)直接影響弓網(wǎng)之間正常的接觸性能和受流性能，產(chǎn)生火花和拉狐，加快導(dǎo)線(xiàn)與受電弓滑板的磨損，嚴(yán)重時(shí)對(duì)受電弓進(jìn)行撞擊造成打弓，對(duì)接觸網(wǎng)破壞，甚至?xí)⑹茈姽驙€或造成接觸網(wǎng)塌網(wǎng)。

3.1.2拉出值超限

由于施工質(zhì)量不高或者日常檢修不到位，造成拉出值超限，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行至曲線(xiàn)、錨段、線(xiàn)岔、分相等區(qū)段時(shí)，易使受電弓脫離動(dòng)態(tài)包絡(luò)線(xiàn)，發(fā)生鉆弓、打弓等較大的弓網(wǎng)事故。

3.1.3設(shè)備松動(dòng)或脫落

由于設(shè)備長(zhǎng)期受到震動(dòng)，或者因天氣溫度變化、補(bǔ)償裝置卡滯，接觸網(wǎng)發(fā)生竄動(dòng)、擺動(dòng)、振動(dòng)等情況，各零部件易松動(dòng)，又因受材質(zhì)影響，也容易導(dǎo)致零部件斷裂、損壞，若巡視不及時(shí)會(huì)造成零部件脫落，侵入受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線(xiàn)時(shí)發(fā)生弓網(wǎng)事故。

3.1.4接觸網(wǎng)異物

因大風(fēng)天氣或者線(xiàn)路附近環(huán)境惡劣，常會(huì)出現(xiàn)塑料布、風(fēng)箏等異物掛在接觸網(wǎng)設(shè)備上的現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，易出現(xiàn)弓網(wǎng)故障。

處理措施：

供電設(shè)備管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量和對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備的檢查、檢修工作，加大對(duì)關(guān)鍵接觸網(wǎng)設(shè)備的檢查力度，對(duì)線(xiàn)路附近的環(huán)境整治情況進(jìn)行檢查，采取登乘巡視等有力措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)異常信息，保證接觸網(wǎng)技術(shù)狀態(tài)，確保接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行正常。

3.2機(jī)車(chē)方面

3.2.1帶電過(guò)分相

由于機(jī)車(chē)司機(jī)的誤操作，或因機(jī)車(chē)本身檢修不到位，機(jī)車(chē)電氣設(shè)備失效，發(fā)生電力機(jī)車(chē)帶電過(guò)分相的現(xiàn)象，造成弓網(wǎng)之間的放電，燒毀接觸網(wǎng)設(shè)備，發(fā)生弓網(wǎng)事故。

3.2.2機(jī)車(chē)檢查檢修不到位

由于對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)頂設(shè)備的檢查檢修不到位，出現(xiàn)車(chē)頂絕緣子閃絡(luò)放電、受電弓機(jī)械故障、受電弓自動(dòng)降弓的現(xiàn)象，造成弓網(wǎng)故障。

處理措施：

機(jī)務(wù)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)車(chē)司機(jī)業(yè)務(wù)的培訓(xùn)，保證司機(jī)正確操作機(jī)車(chē)控制設(shè)備，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)車(chē)頂設(shè)備的檢查檢修，尤其是對(duì)受電弓、絕緣子等電氣設(shè)備加大檢查力度，對(duì)受電弓抬升力、抬升量、彈簧、碳滑板磨損度進(jìn)行細(xì)致的檢查，確保機(jī)車(chē)取流正常。 [科]

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