高速弓网系统的受流特性及受电弓

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第二节高速弓网系统的受流特性及受电弓一、高速弓网系统的受流特性1、高速受电的特点目前世界各国最高运行速度在200km/h以上的高速列车，除英国的HST高速列车由内燃动车牵引外，其余均采用电力牵引。与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引的受电有一些特点，主要是：1）高速列车的行车速度较常速列车高得多，因而受电弓沿接触网导线移动的速度大大加快。这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响：2）高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是影响高速受电的一个重要因素；3）高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力、加大噪声，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电的问题。2、弓网关系对接触网的要求高速列车的受电是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，因而受电是否正常直接取决于接触网一受电弓系统的技术状态。一个工作可靠的接触网——受电弓系统是确保高速动力车良好取流的根本条件。由于接触网的接触导线是一根具有弹性的导线，受电弓也是一个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。1）接触网的基本功能是通过与受电弓的直接接触将电能供给动力车。对高速受电用的接触网应有更高的要求：(1)在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电：(2)应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力；(3)对接触网的结构和布置应有更高的要求；(4)在接触网的接触悬挂方而，目前在常速列车供电中采用的弹性半补偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。受电弓作为一种从接触网取用电能的装置是接触网一受电弓系统中的一个关键部件，其工作是否正常将直接影响受电质量。

13．弓网关系产生的影响在高速运行条件下，接触网一受电弓系统的工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：(1)弓线间的接触压力受电过程中弓线相互接触，受电弓对接触导线有一个抬升力，并使导线产生抬升量。在两者不接触的地方，接触导线由于自重而有一个下垂力，产生下垂量。静态时，抬升力就等于接触压力。当受电弓沿接触导线移动时，受电弓的高度就开始迅速变化，再加上受电弓还受到高速空气动力的作用，从而将引起接触压力的变化。其后果是：压力变小会造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤；压力变大会使接触导线过分升高，同时使受电弓滑板和接触导线的磨损加剧。总之，接触网一受电弓系统的动态特性、弓线之间的接触状态是高速受电的主要研究课题之一。(2)接触导线的波动和噪声国外高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。如日本100系列高速列车，有6个相距很近的受电弓同时工作（0系列高速列车升弓更多）。高速运行时，接触导线会产生复杂的多层横波，使受电弓无法追随处于波动中的接触导线以保持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。此外，6个受电弓同时升起与接触导线接触，犹如6把高速拉动的“琴弓”在一根“琴弦”上同时，“奏乐”，产生极大的噪声。因此，噪声干扰是高速铁路必须解决的课题之一，高速铁路的噪声声源主要来源于弓网系统、轮轨系统和空气阻力。世界各国对铁路噪声规定了容许标准值，我国为70dB。为降低噪音，除了在轨道、线路、车辆、电气化接触网等方面采取降噪技术外，在人口稠密区的路基和高架桥上还应采用隔声屏障对噪声进行防范治理。(3)离线问题当接触网的悬挂系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。高速运行时，受电弓的向上推力将使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动。如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度，就会产生离线现象。当二者不匹配时，受流质量将严重恶化，甚至造成弓网解体。因此，在高速弓网系统中，接触网的波动速度成为制约列车高速运行的主要因素之一。离线有极大的危害，会造成供电时断时续，引起列车严重冲动；会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀，使两者的工作表面严重粗糙，进一步使弓、线磨损加速，工作寿命缩短；

2会造成牵引电流的急剧变化，有损于牵引电机的技术状态；会对通信线路产生干扰。因此，对离线的研究也是高速受电的一个主要研究方向。（4）受电弓动态包络线受电弓的上下振动和左右摆动直接影响到弓网安全和受流质量，对受电弓的这种幌动必须加以充分考虑，为此、各国除了研究受电弓的动静态特性外，还在高速接触网的设计与施工中明确提出了“受电弓动态包络线”这一技术概念。受电弓动态包络线是指列车在最高设计速度运行下，受电弓上下左右所允许达到的极限尺寸。由于接触网和受电弓的特性不同，各国对此并无共同的标准。（5）大电流与点接触高速列车所需的牵引电流是普速列车牵引电流的两倍，甚至更大，牵引电流的加大造成接触线与滑板之间容易过热，点接触和大电流之间的矛盾是高速弓网关系应注重关心的问题之一，采用单弓受流时离线引起的冲击很大，采用多弓受流又会增加阻力、加大噪声，并引起接触网扰动。这对滑板和接触线的材质提出了新要求。大电流的存在对接触网的回流线路及接地系统也会有更高的要求。4、提高弓网系统工作稳定性的主要措施1、采用新型复合材料制成的接触导线，以提高其抗拉强度。2、增大接触线和承力索的截面，以增加接触线和承力索的张。力；减小接触网的跨度，并采用更为合理的悬挂方式。3、确定受电弓同时升两个受电弓之间的最小距离。4、改进受电弓的结构设计。目前世界各国都在开展高速受电的研究，一方面对接触网一受电弓系统进行计算机仿真，探讨最佳高速受电方式，另一方而在试验线上架设不同形式、不同结构的链式悬挂进行试验。提高接触网一受电弓系统工作稳定性的主要措施有：采用新型复合材料制成的接触导线，以提高其抗拉强度；增大接触导线和承力索的截面，以增加接触导线和承力索的张力；减少接触网的跨度，并采用更为合理的悬挂方式；确定受电弓同时升弓工作条件下两个受电弓之间的最小间隔距离；改进受电弓的结构设计等。二、受电弓1、受电弓介绍2、用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：

31．受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。因此，受电弓的结构应保证滑板与接触导线在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。2．与常规受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，以保证与接触导线有可靠的电接触。运行中，受电弓将随着接触导线高度变化而上下运动，在高速条件下，这种运动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。由于接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态特性（静止状态下接触压力与受电弓高度的关系）和动态特性（运行状态下受电弓上下运动的惯性力）有关，因此对于高速受电弓，除必须保证机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。3．由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气制动力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气制动力对滑板与接触导线间接触压力的影响。4．滑板的材料、形状、尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。5．要求受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接触网和底架有过大的冲击载荷。图8-3-1所示即为受电弓的结构原理图，图8-2-2所示为德国ICE高速列车用的DSA-350型受电弓外形图，图8-2-3所示为不同形状的接触滑板。图8-3-1受电弓结构原理图

41-滑板弓头；2-弓头支承装置；3-平衡杆；4-上框架；5-推杆；6-下臂杆；7-缓冲阀；8-传动风缸；9-活塞；IO-降弓弹簧；II-拉杆绝缘子；12-滑环；13-扇形板；14-拐臂；15-转轴；16-升弓弹簧；17-底架；18-升弓弹簧调整螺母；19-支持绝缘子；20-铰链座DSA-350型受电弓是按ICE统一技术条件制造的。无严格质量要求及特殊强度要求的部件用不锈钢材料制造，上剪形装置、弓框和接触滑板支座等部件则采用铝材制造。接触滑板用独立弹簧悬挂，弹簧便于更换，并具有足够的行程。升降系统中设有减振器．以便使剪形臂在下降时不致对车顶产生冲击。研制了一种特殊的高压绝缘子，将其与受电弓移动部分制成一体。受电弓直接固装在车顶上，从而保证了较低的结构高度。升弓驱动采用风动，装置中设有高灵敏度的减压阀，以保证受电弓在整个工作高度范围内，滑板与接触导线之间的接触压力基本保持不变。试验结果表明，该受电弓可适用于350km/h的最高行车速度。该型受电弓的主要技术数据列于表8-3-1。图8-3-2DAS-350型受电弓外形图断面A断面B

5断面C断面D图8-3-3不同形状的接触滑板H—新状态时的断面高度；H`—磨耗状态下的断面高度表8-3-1DSA-350型受电弓的主要技术数据表名称技术数据及说明适用的最高行车速度受电电流工作高度范围（车顶以上）接触压力质量（含高压绝缘子）接触滑板驱动方式结构高度350km/h800A（15kV、16*2/3Hz）1300～2650mm可在50～130N范围内调节140kg铝制矩形截面，由碳棒集电气动升弓，有阻尼的落弓285mm