《如何保持电力接触网与受电弓亲密接触》

无忧高铁

    在列车运行过程中，总希望受电弓与接触线能够始终保持亲密接触。从原理上来说，弓网关系最好的情况莫过于让电流从接触网可靠稳定的“漏”到受电弓上，所以受电弓升起的时候“电弓与电网的接触位置发生漏电”的担心是不必要的。而应该避免的是受电弓和机车连接的支撑绝缘子漏电，一般是由于绝缘子污浊导致，俗称车顶“放炮”，会影响机车的正常运用。受电弓是靠一定的抬升力让滑板与接触线保持接触的。列车高速运行时受电弓的滑板就像一个小小的飞机机翼似的，受气流的作用也会产生一个动态的抬升力，抬升力随列车运行速度升高而增大。在列车运行时，接触线在受电弓抬升力的作用下发生上下振动，振动波向前传播，这就给受电弓和接触线保持良好的接触带来了困难。受电弓前进的速度和接触线波动的传播速度越接近，受电弓和接触线就越容易失去接触。受电弓与接触线脱离失去接触的现象称作“离线”。离线是绝对不受欢迎的。由于高速列车的受电弓从接触线获取的电流值很大，离线时产生的电弧(就像我们在家中拔出电线插头时会产生电火花一样)会加快受电弓滑板和接触线的磨耗，引起电磁干扰，同时还伴随着噪声污染。离线发生的次数越多，时间越长，表明受流质量越差。所以，一般用“离线率”来评价列车受流质量的好坏。离线率用离线时间占列车区间运行时间的百分比来表示。例如，京津城际铁路要求离线率低于0.14%，离线时间小于100毫秒。

   如何才能降低离线率呢？在接触悬挂方式已定的情况下，要从接触线和受电弓两方面进行努力。接触线的波动传播速度和列车速度越接近就越容易发生离线。因此，我们可以提高接触线的波动传播速度，尽量让它远远地“躲开”列车速度，就可以大幅度降低离线率了。波动传播速度要“躲”得多远才好呢？经验表明，列车速度与波动传播速度的比值在0.6～0.7之间，就可以保证良好的受流质量。例如，京津城际铁路的列车时速为350公里时，接触线波动传播速度为569公里/小时，两者的比值为0.62，满足受流质量的要求。在保障良好受流的前提下要提高列车速度，采取提高波动传播速度是一种有力手段，其措施有两个：一是增大接触线的张力；二是降低单位长度的接触线质量，也就是接触线最好采用轻质材料。

增大受电弓的抬升力和减轻受电弓质量也可以提高受流质量。但增大受电弓抬升力有一定的限度，增大抬升力虽然可以让受电弓更好地密贴接触线，但同时也加快受电弓滑板和接触线的磨耗，容易增加接触线金属疲劳，缩短其寿命。因此，受电弓抬升力需要综合考虑，合理选取，才能得到最佳效果。

    高速弓与普通弓的最大区别在于高速时的离线率较小，受流较稳定。主要是靠较轻的弓头质量和较好的弓网接触性能来保证的。当电力机车在常速下运行时 ,受电弓与接触网之间可以保持可靠的接触 ,因而能够保证受电弓与接触网间良好的动态受流。然而，随着高速电力机车运行速度的提高，将使受电弓的振动加剧，出现频繁的离线现象，恶化受电弓的受流质量,使机车速度受到限制。为改善电力机车受电弓的动力特性，降低振动，减少受电弓与接触网间离线率，受受弓头悬挂采用具有滞后非线性特性的钢丝绳减振器，在实际应用中取得了良好的减振效果。针对高速列车受电弓与接触网受流系统的特点，结合相应的评判标准（离线率、接触压力、弹性等），不少专家较详细地探讨、分析了我国高速铁路接触网悬挂中线索、吊弦、定位装置、电分相装置、张力补偿装置及锚段关节等若干技术问题。为了适应铁路高速化发展,减少对接触网导线的磨耗, 受电弓滑板受电弓滑板的工作条件有载荷随机变化，接触时有强电流通过，高滑动速度，环境条件复杂多变等显著特点。因此，对其选材有十分苛刻的要求。随着新材料不断研发成功和开发应用，我们可相信不久将来，现用受电弓滑板的采用材料主要有碳滑板、铜基粉末冶金滑板和浸金属碳滑板等,必将逐步向碳纤维、金属纤维、带有润滑功能的金属基和无机非金属基复合材料发展。目前广泛使用的接触网导线有铜银、铜锡、铜镁接触线,将向铜合金化和复合金属化方向发展。在接触网一定的前提下, 受电弓滑板一般应满足良好的导电性，抑制离线电弧的产生和抗电弧烧伤性，良好的减摩耐磨性，足够的强度和对自然环境强的适应性等性能要求。

   当前我国有关专家通过分析电力机车受电弓滑板存在的各种问题,已用粉末冶金法研制出一种新型的受电弓滑板。铜一石墨复合材料是一种理想的自润滑、导电材料，是制备电力机车受电弓滑板等电接触元件的理想材料。该滑板由铜、碳纤维和石墨等构成。分析了成形压力、烧结温度对滑板性能的影响,对其导电性、摩擦、磨损性能及冲击韧性进行了检测,并与当前正在使用的受电弓滑板进行了对比。结果表明:该新型滑板的最佳制备工艺条件为(含量)铜78%,碳纤维2%,石墨15%,添加剂5%,成形压力为200MPa,烧结温度为880℃。该滑板不仅电阻率低,而且其摩擦、磨损及冲击韧性等性能也优越于当前正在使用的受电弓滑板。与国外浸金属碳滑板 Rh82Mb 相比,其摩擦系数降低20%,磨损量减少1.3%,冲击韧性提高1.7倍,导电性增强65倍。

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