淺談接觸網電弧對電力機車牽引供電的影響

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難題，其中弓網電弧現象就給我們的鐵路運行帶來了重大威脅，嚴重時會造成重大事故，本文針對弓網電弧對電力機車供電的影響做了較為詳細的分析和總結，有利于電氣化鐵路建設中向更高的技術層面邁進，對機車的安全運行具有十分重要的意義。

關鍵詞：電弧;受電弓;接觸網;供電

一、電弧產生的原因以及對電路造成的危害

負載電路通常在斷開的瞬間，開關觸頭間隙中的電子在瞬間產生的電場強度會變得非常大，能強行將觸頭內部的電子從強大的電場中拉出來，產生場強電場發射。形成一種氣體放電的現象，出現電火花。由于電弧現象是一種氣體導電現象，它造成了周圍導體的溫度猛然升高，加之原來產生的電弧會繼續強烈燃燒，這就給熄滅它的工作加大了難度，進而導致開關的觸頭燒壞，嚴重的時候會燒毀電路并且發生火災。

二、接觸網以及電弧對接觸網的影響

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

接觸網的電壓等級為：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。

受電弓與接觸網之間的接觸是接觸線的圓弧（平面）與滑板平面的線接觸或面接觸。現實工作中，從微觀上看接觸網與受電弓表面總是凸凹不平的，即使弓網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，只有少數的點（導電斑點）進行有效接觸。在弓網滑動接觸時，滑板及接觸線的實際導電面面積較小、列車流量較大或者接觸電阻升高，這樣就會導致接觸網上的電流通過導電斑點而散發出熱量，造成導電斑點的局部溫度快速升高，當熱量積累到一定程度后，就會出現電火花。電火花的中心弧柱具有6000K以上的溫度，燒損是電弧對受電弓和按觸線帶來的主要影響。燒損與電熱能量轉換有關。一般情況下，弓網離線間隙很小，導致弓網系統的電弧很短。由于滑板和按觸線的溫度遠低于弧柱的溫度，電弧熱流主要傳輸給滑板和接觸線，電弧熱功率會導致滑板和接觸線溫度升高，與此同時，熱量也會向周圍介質傳遞，當輸入熱量大于輸出熱量時，滑板和接觸線的溫度才會升高，并在溫度達到一定程度時，接觸面就會發生熔化和氣化現象。

電弧是造成弓網電氣磨損的主要原因，這種磨損有氣化蒸發和液體噴濺兩種形式。長期出現的電弧引起的電氣燒傷會導致接觸線表面凹凸不平（即該接觸線橫截面積變小），引起接觸網局部發熱，嚴重時出現斷電現象致使電力機車停運。同時，由于弓網產生的電弧嚴重降低了接觸網的機械強度，在外界氣候惡劣的情況下，極易造成接觸網斷裂的嚴重后果。

弓網電弧是一個復雜的問題，產生原因較多。理想狀態下，接觸網供電線路是在運行時始終與列車受電弓緊密接觸并持續供電的，實際上由于接觸網導線自身重力原因以及外界環境的影響，接觸網供電線路不可能保持絕對的平整，另外列車在高速運行的時候，受電弓會受到空氣氣流的影響，引起受電弓與接觸網的顫動，以及鐵路鋼軌在鋪設的時候不可能保證絕對的平整，這些系列原因，都可能會使受電弓與接觸網之間產生電弧，容易在短時間內使受電弓與接觸網脫離，影響到接觸網供電的可靠性，影響到機車的正常運行。

三、工程施工中減小弓網電弧的一般措施

鑒于弓網電弧產生的原因，工程技術人員通過優化接觸網的設計、嚴謹的遵守材料及設備標準進行材料配比、提高在施工作業中的精度要求、強化測試的要求或改善車載變壓器等措施，減小電弧的產生或影響。在工況條件相等的情況下，接觸線上面的電阻越大，產生電弧的可能性也就越大。技術人員遵守這個原則，嚴格選材，按照銅銀合金、銅錫合金和銅鎂合金三種常用的接觸網材料，依據其電阻率按順序依次增大的原則，在滿足接觸網張力的前提下，應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。在按觸網施工過程中，必須嚴格按規范的程序進行操作，并遵守施工工藝要求。接觸網架線時嚴禁施工人負踩踏接觸線，保證接觸線的平順。放線時保證恒張力作業。調整接觸網過程中，確保相鄰吊弦點的高度一致，在按觸線有坡度要求時，接觸線高度必須隨坡度要求均勻變化。做好接觸網在工作中的動態檢測和靜態檢測，收集弓網電弧產生的依據，便于科學分析。

改變線路的負載性質也是一種措施。電弧產生或熄滅的過程，是電路瞬間過電壓的過程，電機和線路有電感性質的客觀存在，技術人員可以在車載變壓器的兩側并聯電容，減小過電壓的幅度值，進而對電弧的產生起到抑制作用。

受電弓和接觸網之間的電弧現象不僅對我們的列車運行發展有重大影響，對我們生活的環境也會有一定的影響，所以研究和抑制它的產生是十分必要的。

參考文獻

[1]陳文革.電力開關中電弧的產生機理及其滅弧措施 西北工業大學，2009

[2]李鳳林.電工基礎知識.中國勞動社會保障出版社出版的圖書，2006

[3]何常紅.弓網電弧模擬系統的研制和實驗研究.西南交通大學，2009

[4]文苑漫步接觸網電壓等級，2015

[5]楊春燕.電力機車與城規車輛雙制式牽引供電系統的研究 大連交通大學，2009