接觸線磨耗問題的研究

摘 要：隨著電氣化鐵道列車運行速度的提高，弓網間接觸力會發生變化，系統會產生自激振動，振動幅度過大會造成受電弓滑板與接觸網導線分離，出現離線現象。離線對電力機車牽引供電是非常有害的，不僅會引起機車受流不良，造成機車運行不穩定，加速接觸網和受電弓滑板的磨耗，產生無線電信號干擾，損壞機車電氣設備，嚴重時還會造成弓網故障引起列車停運，給國家造成巨大的損失。本文就接觸線和受電弓的磨損問題從理論和實際的兩方面進行研究以期找出能夠減少磨耗的方法，更好地服務鐵路運營。

關鍵詞：接觸線 磨耗

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0102-01

1 接觸線和受電弓的相互磨損和作用機理

接觸網設備必須能可靠地將電流傳輸給牽引車輛，機械設計尺寸一定要特別適合于運行速度。接觸線是接觸網的重要成份。

1.1 接觸線的特性

受電弓沿其行走的預張力線稱為接觸線，剛性接觸網的接觸線由于匯流排的作用，幾乎無張力。

接觸線是被滑過的受電弓磨損的。此外，用于受電弓和接觸線接觸的材料的組合也對這些部件的磨損率有影響。銅接觸線與碳滑板的組合使磨損率達到最低。鋼和銅滑板會導致相當高的磨損率。由于磨損使接觸線截面積減小，從而使載流量下降，并使導線的抗拉強度下降。確定是否達到磨損限度的標準是在磨損最嚴重的點上測量其截面積。若接觸線磨損均勻則使用壽命較長，其基本要求取決于架空接觸網和受電弓之間最良好的相互作用，而它是由設計、運行速度以及精確安裝和充分維護來決定的。

1.2 受電弓和接觸網的接觸壓力

受電弓與接觸網接觸，當兩者相對不動時，兩者間的接觸力表現為受電弓對接觸網的靜態抬升力，方向垂直向上。當兩者相對運動時，水平方向出現摩擦力，垂直方向除受電弓的靜態抬升力外，還有空氣對受電弓滑板的空氣動力，以及受電弓弓頭上下振動引起的慣性力。靜態接觸壓力，空氣動力接觸壓力，動態接觸壓力。

1.3 受電弓與接觸網的相互作用

接觸網與受電弓的相互作用決定供電可靠性和供電質量，其相互作用依賴于受電弓和接觸網的設計方案及大量參數。

接觸網—— 受電弓系統要求通過連續的，即不中斷的電氣和機械接觸給牽引車輛供電，與此同時要使接觸線和滑板的磨耗保持盡可能低的程度。

連續送電時沒有電壓降或電流損失。這就意味著必須一直保持機械接觸。如果失去機械接觸，就會發生燃弧。相反，接觸壓力也不可能過大，因為這會導致接觸網抬升過高并帶來無法接受的磨耗。

1.4 受電弓滑板和接觸線的材料

接觸線和滑板的使用壽命基本取決于：受電弓作用在接觸線上的接觸壓力；制作受電弓和滑板的材料；滑板的數量和制作尺寸；通過接觸點的電流量牽引車輛的速度；線路處于隧道或區間的環境系數。純銅和銅合金（純銅、銀銅合金、鎂銅合金等）已成為接觸線的主要材料。

2 接觸線非正常磨損的主要原因

通過上述分析可知接觸網的接觸線是電力機車受電弓的取流途徑，兩者通過不斷接觸摩擦取得電流。在長期的不斷摩擦接觸當中正常的磨損不可避免。而在非正常磨損中，弓網關系的良好與否直接關系著受電弓取流時對接觸網的壓力從而是非正常磨損程度的主要因素。

2.1 受電弓磨耗不規則導致接觸線非正常磨損

國內的電力機車都是通過機車頂上的受電弓來取電的。受電弓的最上部是碳滑條，通過碳滑條與接觸網接觸實現受流，從而把電網的電能源源不斷地提供給機車。正常情況下，受電弓在接觸網滑行時對碳滑板會造成有機械磨損。

由于受電弓磨耗的不規則，破壞了弓網之間的正常磨耗關系，造成了接觸線的磨耗不均勻，受電弓兩端磨出的凹槽使錨段中部接觸線產生偏磨現象。接觸線磨耗不均勻，即接觸線工作面不平滑，也會加速受電弓磨耗不規則，形成惡性循環。這樣造成的影響就是弓網關系惡化，弓網之間容易離線、打火和拉弧，嚴重時可能燒損接觸線、受電弓碳滑板或者其他接觸網設備（如分段絕緣器），影響變電所的供電質量和機車的受流質量。

2.2 接觸網的布置方式的缺陷導致弓網接觸較差

一般在在接觸網中，在接觸網的“之”字形布置情況下，當受電弓以某一速度滑過時，碳滑板不同點被磨損的程度是相同的。而當接觸網的布置方式不太妥當的時候，碳滑板的磨耗程度不盡相同。在這種情況下，經過多次磨耗后，受電弓碳滑板的形狀將會出現中間磨損較小，兩端磨耗較大的情況。

2.3 接觸線的材料質量

在整個區段或區間當中，相關接觸線的材質也是導致非正常磨損的一個原因。考慮到與受電弓進行著長期摩擦和接觸，接觸線的材料一定要相當可靠并在較長的距離范圍內的材質盡量相同以便和更好達到和受電弓壓力的一種平衡。

3 如何避免接觸線非正常磨損的方法

3.1 改善弓網關系建立良好受流措施

通過上述論述我們知道電力機車是通過受電弓滑板與接觸網導線間的滑動接觸而獲取電能的。當運動的受電弓通過相對靜止的接觸網時，接觸網受到外力干擾，于是在受電弓和接觸網兩個系統間產生動態的相互作用，弓網系統產生特定形態的振動。當振動劇烈時，可以造成受電弓滑板與接觸導線脫離接觸，形成離線，產生電弧和火花，加速電器的絕緣損傷，對通信產生電磁干擾，更嚴重的是直接影響受流，甚至會造成供電瞬時中斷，使列車喪失牽引力和制動力。而弓網之間接觸力過大時，雖可大大降低離線率，但接觸導線與受電弓滑板磨耗增大，使用壽命縮短。因此，良好的弓網關系是確保列車穩定可靠地受流的基本前提，也是避免接觸線非正常磨損的主要方法。

3.2 優化接觸網布置方式

優化接觸網跨距，理論計算和模擬實驗表明，跨距取大值受流情況較好。特別在機車高速運行時，接觸網和受電弓可以取得更為理想的受流關系。加大線索張力，尤其是加大線索張力，改善受流較明顯。理論上，在接觸線截面積相同的前提下，提高接觸線的張力可以降低接觸網的彈性、提高接觸線的波動傳播速度、提高多普勒洗漱、降低放大系數、降低最大解除壓力、降低接觸力的標準偏差及接觸線的抬升量。可以說接觸線張力對受流質量起著關鍵作用，提高接觸線的張力可以改善接觸網的所有受流特性參數。從而減小接觸線的磨耗壓力。減小接觸網的線密度，減小振動時的關系。隨著接觸線線密度的增大，解除壓力的最大值、均方根值和變化幅值均增大，最小值減少。不均勻洗漱隨接觸線線密度的增大而增大。可見，減小接觸線線密度有利于受流和減小磨耗。

3.3 采取較為可靠地接觸線材料

由于受電弓和接觸線長期接觸摩擦，采取可靠地接觸線材質也是重要的減小磨耗的方法。且選取的接觸線應該在特定較長區段保持材質相同，達到和受電弓進行摩擦的平衡。

4 結語

在大準鐵路生產運量日益攀升的今天，我們要越發重視接觸線和受電弓的磨耗問題，尋找能夠更加改善弓網關系的方法，以更好地服務生產，保證運量保證安全。