淺談接觸網(wǎng)電弧對(duì)電力機(jī)車牽引供電的影響

任小文　方海平　賀智英　李萌

摘 要：隨著電氣化鐵路的高速發(fā)展，軌道交通的電氣安全和供電可靠性方面引出了許多前所未有的技術(shù)難題，其中弓網(wǎng)電弧現(xiàn)象就給我們的鐵路運(yùn)行帶來了重大威脅，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重大事故，本文針對(duì)弓網(wǎng)電弧對(duì)電力機(jī)車供電的影響做了較為詳細(xì)的分析和總結(jié)，有利于電氣化鐵路建設(shè)中向更高的技術(shù)層面邁進(jìn)，對(duì)機(jī)車的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：電弧;受電弓;接觸網(wǎng);供電

一、電弧產(chǎn)生的原因以及對(duì)電路造成的危害

負(fù)載電路通常在斷開的瞬間，開關(guān)觸頭間隙中的電子在瞬間產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)變得非常大，能強(qiáng)行將觸頭內(nèi)部的電子從強(qiáng)大的電場(chǎng)中拉出來，產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。形成一種氣體放電的現(xiàn)象，出現(xiàn)電火花。由于電弧現(xiàn)象是一種氣體導(dǎo)電現(xiàn)象，它造成了周圍導(dǎo)體的溫度猛然升高，加之原來產(chǎn)生的電弧會(huì)繼續(xù)強(qiáng)烈燃燒，這就給熄滅它的工作加大了難度，進(jìn)而導(dǎo)致開關(guān)的觸頭燒壞，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)燒毀電路并且發(fā)生火災(zāi)。

二、接觸網(wǎng)以及電弧對(duì)接觸網(wǎng)的影響

鐵路接觸網(wǎng)是一種空架于沿鐵路線上的向電力機(jī)車供電的輸電線路，通常由電網(wǎng)中的牽引變電所供電，一般為工頻單相交流制供電，電壓等級(jí)為25kV，頻率50Hz，供電方式有單邊、雙邊和越區(qū)供電方式。

接觸網(wǎng)的電壓等級(jí)為：25KV到30KV之間的單相工頻交流電，線路存在電壓損耗，要求牽引變電所輸出電壓為：27.5KV或55KV，其中55KV為AT供電方式，主要用于高速電氣化鐵路中。

受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸是接觸線的圓?。ㄆ矫妫┡c滑板平面的線接觸或面接觸?，F(xiàn)實(shí)工作中，從微觀上看接觸網(wǎng)與受電弓表面總是凸凹不平的，即使弓網(wǎng)之間有很大的按觸壓力，受電弓與接觸線之間不能全面接觸，只有少數(shù)的點(diǎn)（導(dǎo)電斑點(diǎn)）進(jìn)行有效接觸。在弓網(wǎng)滑動(dòng)接觸時(shí)，滑板及接觸線的實(shí)際導(dǎo)電面面積較小、列車流量較大或者接觸電阻升高，這樣就會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)上的電流通過導(dǎo)電斑點(diǎn)而散發(fā)出熱量，造成導(dǎo)電斑點(diǎn)的局部溫度快速升高，當(dāng)熱量積累到一定程度后，就會(huì)出現(xiàn)電火花。電火花的中心弧柱具有6000K以上的溫度，燒損是電弧對(duì)受電弓和按觸線帶來的主要影響。燒損與電熱能量轉(zhuǎn)換有關(guān)。一般情況下，弓網(wǎng)離線間隙很小，導(dǎo)致弓網(wǎng)系統(tǒng)的電弧很短。由于滑板和按觸線的溫度遠(yuǎn)低于弧柱的溫度，電弧熱流主要傳輸給滑板和接觸線，電弧熱功率會(huì)導(dǎo)致滑板和接觸線溫度升高，與此同時(shí)，熱量也會(huì)向周圍介質(zhì)傳遞，當(dāng)輸入熱量大于輸出熱量時(shí)，滑板和接觸線的溫度才會(huì)升高，并在溫度達(dá)到一定程度時(shí)，接觸面就會(huì)發(fā)生熔化和氣化現(xiàn)象。

電弧是造成弓網(wǎng)電氣磨損的主要原因，這種磨損有氣化蒸發(fā)和液體噴濺兩種形式。長(zhǎng)期出現(xiàn)的電弧引起的電氣燒傷會(huì)導(dǎo)致接觸線表面凹凸不平（即該接觸線橫截面積變?。鸾佑|網(wǎng)局部發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象致使電力機(jī)車停運(yùn)。同時(shí)，由于弓網(wǎng)產(chǎn)生的電弧嚴(yán)重降低了接觸網(wǎng)的機(jī)械強(qiáng)度，在外界氣候惡劣的情況下，極易造成接觸網(wǎng)斷裂的嚴(yán)重后果。

弓網(wǎng)電弧是一個(gè)復(fù)雜的問題，產(chǎn)生原因較多。理想狀態(tài)下，接觸網(wǎng)供電線路是在運(yùn)行時(shí)始終與列車受電弓緊密接觸并持續(xù)供電的，實(shí)際上由于接觸網(wǎng)導(dǎo)線自身重力原因以及外界環(huán)境的影響，接觸網(wǎng)供電線路不可能保持絕對(duì)的平整，另外列車在高速運(yùn)行的時(shí)候，受電弓會(huì)受到空氣氣流的影響，引起受電弓與接觸網(wǎng)的顫動(dòng)，以及鐵路鋼軌在鋪設(shè)的時(shí)候不可能保證絕對(duì)的平整，這些系列原因，都可能會(huì)使受電弓與接觸網(wǎng)之間產(chǎn)生電弧，容易在短時(shí)間內(nèi)使受電弓與接觸網(wǎng)脫離，影響到接觸網(wǎng)供電的可靠性，影響到機(jī)車的正常運(yùn)行。

三、工程施工中減小弓網(wǎng)電弧的一般措施

鑒于弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生的原因，工程技術(shù)人員通過優(yōu)化接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖袷夭牧霞霸O(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行材料配比、提高在施工作業(yè)中的精度要求、強(qiáng)化測(cè)試的要求或改善車載變壓器等措施，減小電弧的產(chǎn)生或影響。在工況條件相等的情況下，接觸線上面的電阻越大，產(chǎn)生電弧的可能性也就越大。技術(shù)人員遵守這個(gè)原則，嚴(yán)格選材，按照銅銀合金、銅錫合金和銅鎂合金三種常用的接觸網(wǎng)材料，依據(jù)其電阻率按順序依次增大的原則，在滿足接觸網(wǎng)張力的前提下，應(yīng)該盡量選擇電阻率小的接觸線。

另外，盡可能提高供電線路的施工精度。在按觸網(wǎng)施工過程中，必須嚴(yán)格按規(guī)范的程序進(jìn)行操作，并遵守施工工藝要求。接觸網(wǎng)架線時(shí)嚴(yán)禁施工人負(fù)踩踏接觸線，保證接觸線的平順。放線時(shí)保證恒張力作業(yè)。調(diào)整接觸網(wǎng)過程中，確保相鄰吊弦點(diǎn)的高度一致，在按觸線有坡度要求時(shí)，接觸線高度必須隨坡度要求均勻變化。做好接觸網(wǎng)在工作中的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)檢測(cè)，收集弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生的依據(jù)，便于科學(xué)分析。

改變線路的負(fù)載性質(zhì)也是一種措施。電弧產(chǎn)生或熄滅的過程，是電路瞬間過電壓的過程，電機(jī)和線路有電感性質(zhì)的客觀存在，技術(shù)人員可以在車載變壓器的兩側(cè)并聯(lián)電容，減小過電壓的幅度值，進(jìn)而對(duì)電弧的產(chǎn)生起到抑制作用。

受電弓和接觸網(wǎng)之間的電弧現(xiàn)象不僅對(duì)我們的列車運(yùn)行發(fā)展有重大影響，對(duì)我們生活的環(huán)境也會(huì)有一定的影響，所以研究和抑制它的產(chǎn)生是十分必要的。

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