淺談對電氣化鐵路弓網系統的研究

【摘 要】電氣化鐵路作為現代化的運輸方式，具有節能、環保、低碳等多種優勢，為促進經濟可持續發展發揮了重要作用。電力機車通過受電弓從接觸網獲取電流，為電力機車供電，保證其正常牽引。因此，良好的弓網關系對電氣化鐵路運營起著至關重要的作用。本文通過對弓網系統的研究，解決弓網在實際運行中存在的問題。

【關鍵詞】電氣化鐵路；接觸網；受電弓；系統

1.弓網系統概述

受電弓是安裝在電氣列車上的一種從一根或幾根接觸線上集取電流的專用設備，由弓頭、框架、底架和傳動系統等部分組成，其幾何形狀可以改變。接觸網是在電氣化鐵道中，沿鋼軌上空“之”字形架設的，供受電弓取流的高壓輸電線。在電力機車運行過程中，電力機車受電弓與接觸網動態接觸，相互作用。接觸網能夠確保質量良好不間斷地輸出電能，是保證電力機車正常行車的根本，同時，受電弓相對于接觸網有一個向上的抬升力，是確保與接觸網接觸可靠，受流平穩的關鍵。受電弓與接觸網相互依賴、相互作用，任何一方出了問題必然對電力機車的正常運行產生影響，甚至危及安全。

評價弓網關系的指標有三個方面：一是運行可靠性；二是受流質量；三是運行壽命。弓網系統通過不間斷的機械、電氣接觸向電力機車供電，在滿足一定的經濟、技術條件下，供電可靠性、接觸受流質量及弓網系統的運行壽命依賴于受電弓和接觸網的的設計、施工、運行維護方案及大量參數的選取。

2.弓網系統主要特性

2.1幾何特性

弓網系統是在構成電氣設備的同時，在運行中必須保持有一定接觸力的機械裝置。對于同一系統而言，列車速度越高，維持弓網間良好接觸越困難，受流質量也隨之下降。

受電弓與接觸網相互作用的基本要求：一是接觸線不離開受電弓的工作范圍；二是至少有一支接觸線在受電弓弓頭的工作范圍內。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）受電弓的動態包絡線。

（4）滑板的長度。

2.2動態特性

2.2.1弓網系統振動

弓網系統的振動為隨機振動，當受電弓與接觸線接觸并發生滑動摩擦時，受電弓彈簧系統的振動、車體運行中產生的振動以及風力等因素均參與作用，使受電弓弓頭在上下方向、左右方向、前后方向產生了運動。同時，接觸網又包括接觸線、承力索、腕臂、吊弦、定位裝置等零件，其振動是一個非常復雜的振動系統。

2.2.2弓網接觸壓力

弓網接觸壓力承載著兩大機械系統，即接觸網和受電弓，兩者相互作用。在電力機車運行過程中，受電弓與接觸網之間發生滑動摩擦，受電弓對接觸網施加向上的抬升力，接觸網隨之向上抬高。由于這兩大機械系統分別能夠產生振動，并且具有各種不同的質量模塊、彈性強度、衰減頻率，接觸網本身受錨段彈性的影響使振動發生變化，又會向受電弓施加壓力導致其周期性上下運動。隨著速度的增加，這種“動態平衡”的穩定性也會越來越差，為保證受電弓滑板與接觸線不間斷接觸，這種接觸壓力必須保持在一定的動態范圍內。

2.3材料特性

受電弓滑板與接觸線產生滑動摩擦時，由于機械、電氣、熱及化學作用，會使接觸線與受電弓滑板接觸部位的材料從表面移走，這種現象叫做受電弓滑板與接觸線材料的磨損，這個過程既有機械作用的磨損，又有電氣作用的磨損。目前，國內電氣化鐵路接觸網一般采用AC25KV系統供電，受電弓滑板與接觸線材料組合采用純碳+銅或銅合金；而城市軌道交通的架空接觸網一般采用DC1.5KV系統供電，受電弓滑板與接觸線材料組合采用浸金屬碳+銅或銅合金。

國外的情況，意大利高速電氣列車牽引單元上的受電弓，在DC3kV區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AC25kV區段使用。

2.4電接觸特性

2.4.1弓網系統電接觸定義

在弓網系統中，受電弓滑板與接觸線在相互接觸的過程中，通過接觸面實現電流傳輸的物理、化學現象稱為弓網系統的電接觸。

2.4.2弓網系統電接觸分類及主要問題

弓網系統的電接觸分為靜態接觸、滑動接觸和可分合接觸三類。當列車靜止不動時，弓網系統電接觸為靜態接觸，此時出現的主要現象和問題是接觸電阻、接觸溫升和接觸熔焊；當滑板與接觸線從接觸狀態變為分離狀態或者從分離狀態變為接觸狀態的過程為分合接觸，主要的現象和問題是在滿足一定的條件下，兩者之間產生電火花或其他放電現象；當列車運行中，弓網系統電接觸為滑動接觸，主要的現象和問題除了靜態接觸的問題外，還有弓網二者之間的摩擦磨損及潤滑等問題。

3.常見的弓網故障及處理措施

3.1接觸網方面

3.1.1接觸線硬點

電力機車在運行過程中，受電弓與接觸線滑動接觸時接觸壓力發生了突然的變化，這個點為接觸網硬點。硬點會直接影響弓網之間正常的接觸性能和受流性能，產生火花和拉狐，加快導線與受電弓滑板的磨損，嚴重時對受電弓進行撞擊造成打弓，對接觸網破壞，甚至會將受電弓打爛或造成接觸網塌網。

3.1.2拉出值超限

由于施工質量不高或者日常檢修不到位，造成拉出值超限，當列車運行至曲線、錨段、線岔、分相等區段時，易使受電弓脫離動態包絡線，發生鉆弓、打弓等較大的弓網事故。

3.1.3設備松動或脫落

由于設備長期受到震動，或者因天氣溫度變化、補償裝置卡滯，接觸網發生竄動、擺動、振動等情況，各零部件易松動，又因受材質影響，也容易導致零部件斷裂、損壞，若巡視不及時會造成零部件脫落，侵入受電弓動態包絡線時發生弓網事故。

3.1.4接觸網異物

因大風天氣或者線路附近環境惡劣，常會出現塑料布、風箏等異物掛在接觸網設備上的現象，若發現不及時，易出現弓網故障。

處理措施：

供電設備管理部門應加強對接觸網靜態參數的測量和對接觸網設備的檢查、檢修工作，加大對關鍵接觸網設備的檢查力度，對線路附近的環境整治情況進行檢查，采取登乘巡視等有力措施，及時發現接觸網異常信息，保證接觸網技術狀態，確保接觸網設備運行正常。

3.2機車方面

3.2.1帶電過分相

由于機車司機的誤操作，或因機車本身檢修不到位，機車電氣設備失效，發生電力機車帶電過分相的現象，造成弓網之間的放電，燒毀接觸網設備，發生弓網事故。

3.2.2機車檢查檢修不到位

由于對機車車頂設備的檢查檢修不到位，出現車頂絕緣子閃絡放電、受電弓機械故障、受電弓自動降弓的現象，造成弓網故障。

處理措施：

機務部門應加強對機車司機業務的培訓，保證司機正確操作機車控制設備，同時應加強對車頂設備的檢查檢修，尤其是對受電弓、絕緣子等電氣設備加大檢查力度，對受電弓抬升力、抬升量、彈簧、碳滑板磨損度進行細致的檢查，確保機車取流正常。 [科]

【參考文獻】

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