高速鐵路接觸網與電力機車受電弓關系的探討

劉家良 陳旭 張康 江文龍

摘 要：隨著科學技術的發展與人民日益提高的生活水平，高鐵動車已經成為了人民主要的出行方法。而高鐵動車的運作速度是普通火車的數倍，所以對于高鐵動車的建造與高速鐵路修建有很高的技術要求。而其中高速鐵路接觸網與高鐵動車受電弓關聯的研究一直是這方面的重點研究對象。其中針對弓網匹配、主動控制受電弓等主要問題一直都是這方面的難題，我國的技術工程師花費了大量的時間和精力一直致力于這方面的研究。

關鍵詞：高速鐵路受電弓;高速鐵路接觸網;關系探討

引 言

我國的高速鐵路建設在世界上占據的地位不可謂不優越。和普通的鐵軌比起來，安全性高、平順性高、穩健性高、精準度高等都是高速鐵路擁有的特征。而要想保證這五大特點能夠準確實現，那便需要更加先進的高速鐵路受電弓與接觸網?相互配合的技能。而如何處理好弓網關系與弓網匹配的難點更是這方面的重中之重。其中弓網受流的發出是需要接觸網與受電弓兩兩接觸，發生相對運動而發出的。所以要想有效的解決這兩者之間的關聯，需要從多個方面共同努力。

一、高速鐵路受電弓

1、高速鐵路受電弓與接觸線的匹配

路網系統與運輸系統是高速鐵路系統的兩個組成部分。而其中路網系統又分為工務工程、供電、通信、車輛四個附帶系統;而運營、車輛、環境三個附帶的系統組成了運輸系統。每個系統的職責各有不同，其中鐵路供電、變電等工作由供電協調小組負責;高鐵動車的取流限值、電壓的計量與高鐵動車的變壓間的保護等工作由車輛協調小組負責。其中比較特殊的是受電弓，雖然受電弓是安裝在動力機車上面，但是受電弓與接觸網之間是一個相互聯系的整體，所以受電弓也是供電小組需要負責協調的范圍。由于工業、科技、高鐵技術的快速成長，高速鐵路已經開發出了多種多樣的運輸形式。目前已知的運輸形式有三種：一種是高速鐵路與既有線間動車不跨線運輸形式，這種運輸形式目前所使用的國家是日本;第二種是高速鐵路動車下線覆蓋既有線運輸形式，這種運輸形式主要使用的國家是德國和法國;第三種形式就是我國的高速鐵路與既有線接動車跨線運輸形式。我國所使用的運輸形式是全世界高速鐵路運輸形式當中運輸里程最大的形式。其全部采取的是銅合金或者銅接觸線，而其中最適合用于銅合金或銅接觸線的原材料是受電弓碳滑板，它能夠保證高鐵動車在高速行駛狀態下的安全性。而在我國的高鐵動車使用的運輸形式當中，應該特別關注的是受電弓與接觸線的安全性，這需要在高速鐵路進行設計的時候用動態模擬實驗來校正。

2、新型高速鐵路受電弓的研制

高速鐵路在其實用性、安全性上都大大領先于普通鐵路。不過在高速鐵路運作時受電弓所發出的噪聲明顯比普通鐵路的要大。這主要是因為高速鐵路在運作時受電弓與接觸線之間摩擦所發出的機械噪聲、氣動噪聲、電弧噪聲。想要解決這一缺點，需要從接觸網設置，動工檢驗等方向入手，降低升弓運作時的受電弓數量。從20世紀末以來，日本、法國等國家投入了大量的研究，提出了許多方法來降低高鐵動車運作時受電弓所發出的噪聲。比如日本高速鐵路就采取了減少數電弓數量的措施、而德國自主研發了“主動控制單臂受電弓”，又稱作有源調節受電（ASP）。其根本的道理是在受電弓運作時在其中加上一個用來感受受電弓所受到的壓力的傳感器，并且通過數控處理迅速有效地調劑高速鐵路在運作時的弓網所接收到的壓力的變化范圍，以至于弓網故障率、弓網磨損、受電弓噪聲、建造費用等大大降低。目前，ASP技術已經在全世界范圍內廣泛使用，我國應該加大對其研究的力度與資源的投入。

二、高速鐵路接觸網

在高鐵動車行駛在高速鐵路上時需要使用大功率的電流，而高速鐵路接觸網便是向高鐵動車輸送電流的設施。在其向高速運作的動車組傳遞大功率的電能時，必須要保證電流在傳輸過程中平穩、連續。而接觸懸掛方法的比選便是其中的關鍵因素。對于接觸懸掛方法的比選主要可以分為三種：第一種是彈性鏈形懸掛和使用回流電的方法。這種方法利用的都是小截面積的接觸線與碳滑板受電弓，并且接觸線所利用的原材料都是導電性較好的銅鎂合金。這種方法的受電弓運作軌道比較平穩，但是當接觸網在運作時發生故障的時候對其的修正難度比較大接;第二種是簡單鏈形懸掛方法。主要使用這種方法的代表國家是法國。1981年9月，法國開通了全國第一條高速鐵路線：TGV東南線，這是歐洲的第一條高速鐵路線，因為經驗的缺乏，所以在其修建過程當中所使用的方法都是采納的普通鐵路的修建方法，即利用了彈性鏈形懸掛與鋼滑板受電弓，并且定位系統在其結構的最大抬升空間是240mm。在列車運作的過程當中，因其大多數都是在大風速的沿海地區運作，并且鋼滑板受電弓與碳滑板受電弓相比起來擁有更大的質量，受電弓在運作時的靜抬升力大大增加，所以多次發生了受電弓和定位裝置相互撞擊的故障，以至于在今后的高速鐵路修建過程中只好利用簡單鏈形懸掛的方法，并且將結構的最大抬升空間提高到了400mm。這種方法的特點是結構比較簡便、修建和保護比較方便，但是其不勻稱度的指標比較差;第三種便是日本早期使用的復鏈形懸掛方法。日本處在地震頻發與臺風較多的自然環境下，并且早期受到技術的限制，所以在高速鐵路的修建上不得不利用復鏈形懸掛的方法。這種方法雖然對于惡劣的自然環境有較大的優勢，但是結構比較復雜，造價高昂并且維修過于困難，所以這種方法逐漸被更加先進的簡單鏈形懸掛所取代。對于以上三種懸掛方法的選擇需要根據具體的環境要求提前做態模擬實驗來選擇最合適的方法，這樣才可以提高系統的效率與安全性。

結束語

我國的高速鐵路行業發展已經進入了一個新的領域，在世界上也是占有重要的地位。我國通過集成引進、自主創新成為了世界上第一個生產出接觸網與兩列時速350Km/h的動車組聯掛升雙弓運作，比之國外的列車空間超出1.1m，這是我國高鐵技術的又一大進步。但是如果想要讓高速鐵路運作時更加安全方便，那么就需要技術人員投入更多的時間與精力去研究更加有效的接觸網與受電弓，這是我國工程師接下來面臨的巨大挑戰。

參考文獻

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