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1、弓网关系及其评价,概况,接触网受电弓系统的受流（能量传递）过程是在动态中完成的。对于同一系统而言，列车速度越高，维持弓网间的良好接触也越困难，受流质量随之下降。当速度超过系统正常允许范围以上时，受流性能会严重恶化，甚至影响列车正常运行,高速电气化铁路不能沿用现有常速下的各种系统，在高速领域内的不同速度段，要解决的问题也不尽相同,高速受流技术是高速电气化铁路关键技术之一,弓网关系强调接触网与受电弓是一个整体，研究弓网关系就是研究两者间的相互作用,主要内容,弓网关系的核心问题,接触网的振动特性,受电弓及其与接触网的相互作用,弓网关系评价参数与评价标准,弓网关系评价案例,接触网的动态检测与静态调整,
2、振动系统的关系,弓网系统的核心问题(1),滑动接触,电能传输的接触面较小,高速运行下的大电流,弓网关系的需求,弓网系统的核心问题(2),几何需求,受电弓轮廓,电气需求,最高速度时的电流 静止状态下的电流,动态需求,接触压力的限制 接触线最大抬升量,保证安全可靠运营,载流量,寿命与安全,三者间是相互联系的,几何需求,弓网系统的核心问题(3),车辆限界及性能,对接触线高度的限制 受电弓的摆动,受电弓几何尺寸,接触线偏离受电弓中心的限制,建筑限界,隧道和桥梁 站台面和房屋,电气需求,弓网系统的核心问题(4),线索及零部件温度,接触网系统载流量 接触网系统短路载流量,接触网电压,变电所出口电压 供电臂
3、末端电压,供电灵活性,电分相 电分段,绝缘与接地,谐波与杂散电流,动态需求,弓网系统的核心问题(5),弓网间的接触力,接触线的抬高,保证功率传输的可靠性 保证系统的使用寿命 减少对周围环境的干扰,避免对系统的损伤,接触网的振动特性(1),接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统 当受电弓与接触网接触并高速运行时，受电弓弹簧系统的振动、列车车体的振动以及风力等因素均参与作用,接触网的振动特性(2),与接触网振动有关的因素,静态因素 接触网的弹性（弹性单位垂直作用力弓起接触线的抬升，与跨距成正比，与接触网的张力和成反比） 接触网的弹性
4、不均匀程度（弹性沿跨距的一致性） 弹性及弹性不均匀度与接触线截面、接触线抗拉应力、接触网跨距、结构高度、预弛度及有无弹性吊索有关，与接触网的施工精度有关,动态因素 受电弓的跟随特性 受电弓的空气动力特性,与受电弓工作高度有关 与受电弓数量及间距有关,接触线高度,接触网的振动特性(3),接触网施工精度,接触网的振动特性(4),接触网的弹性,接触网的振动特性(5),0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,吊弦处,弹性 mm/N,Spt,1,2,3,4,5,6,7,Spt,emax,Re 250 0.54 mm/N,Re 330 0.39 mm/N,低的弹性 emax,弹性和不均匀性,0.3,0.4
5、,0.5,0.6,0.7,吊弦处,Spt,1,2,3,4,5,6,7,Spt,emax,Re 250 10 %,Re 330 8 %,emin,emin,低的不均匀性u,弹性 mm/N,u = (emax- emin) / (emax+ emin) * 100 %,接触网的振动特性(6),接触网的弹性比较,反定位 装置,正定位 装置,跨距中心,接触网的振动特性(7),接触网的振动传播,波动传播速度Cp在某一点用一个力对接触线加振后将力消除，该点接触线振动经过S秒后传到L，则Cp=L/S,运行方向,x,F,l,y,v,恒力F作用在接触线上并以速度v移动，接触线抬升y,接触网的振动特性(8),Tj
6、 接触线的水平张力 N gj 接触线的质量常数 kg/m,Re 200 Cu 100 10 kN Cp = 376 km/h vmax= 263 km/h Re 250 CuAg 12015 kN Cp = 427 km/h vmax= 299 km/h Re 330 CuMg 12027 kN Cp= 572 km/h vmax= 400 km/h EAC-350 CuMg 15031.5 kN Cp = 553 km/h vmax= 387 km/h,运行速度无论如何不应超过波传播速度的70% ，因此最大运行速度还是与波的传播速度有关,波动传播速度,接触网的振动特性(9),DSA250型受
7、电弓,1底架组装 2阻尼器 3升弓装置 4下臂 5托架 6下导杆 7上臂 8上导杆 9弓头 10碳滑板 11绝缘子,受电弓及其与接触网的相互作用(1),DSA250型受电弓,受电弓及其与接触网的相互作用(2),DSA350型受电弓,受电弓及其与接触网的相互作用(3),对受电弓的基本要求,不可能为了特定接触网单纯设计受电弓 受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围,两个运行方向的平均接触压力应该相等且只随速度变化略有增加，平均接触压力的目标值为Fm,静态接触压力应该满足静态取流要求 （AC系统：6090N、DC1.5kV系统： 70110N ）,滑板的质量应尽可能低，以便实现最佳的动态特性,设置自
8、动降弓装置，使受电弓在故障时落下,受电弓及其与接触网的相互作用(4),受电弓滑板特性,接触电阻要小 熔点高 导热性良好 质量小 抗压强度高 弹性好 与铜接触线之间的摩擦系数小,受电弓及其与接触网的相互作用(5),接触压力受电弓滑板与接触网之间的接触力，包括以下分力,静态接触压力因受电弓驱动，受电弓滑板施加在接触线上的力,动态接触压力分力由垂直振动引起的惯性分力,空气动力分力气流对受电弓的抬升力,空气动力接触压力,动态接触压力=接触压力,+,=,+,=,受电弓及其与接触网的相互作用(6),静态接触压力：停车时受电弓滑板对接触网施加的力,根据TSI能量，静态接触压力： AC15kV和AC25kV为
9、6090N； DC3kV为100120N； DC1.5kV为70110N,受电弓及其与接触网的相互作用(7),空气动力接触压力： 高速运行的受电弓受气流影响产生，垂直向上。在高速范围内，相对于速度来说，空气动力接触压力的增加相对较慢 受电弓的空气动力阻力必须区别于空气动力接触压力。它是由与运行方向相反的风施加的。空气动力阻力主要发生在弓头上 单臂受电弓还受到空气的阻力,受电弓及其与接触网的相互作用(8),空气动力分力：由空气流作用在受电弓上、向上的分力,机翼上部气体流速快，静压力较小，下部气体流速慢，静压力较大，机翼会被向上推,受电弓及其与接触网的相互作用(9),空气动力阻力： 由与运行方向相
10、反的风施加的,1,正在运行的DSA350S型受电弓的空气动力阻力和功率损耗与速度的关系 1-空气动力阻力 2-功率损耗,受电弓及其与接触网的相互作用(10),由振动引起的惯性力： 当受电弓高速运行时，弓头上下振动，根据牛顿第二定律，受电弓弓头归算质量与弓头上下振动的加速度之积为惯性力。它主要取决于速度、架空接触网和受电弓的动态特性及其数量和间隔，还取决于牵引车辆的运行状态和线路质量 所谓受电弓的归算质量，就是把整个活架式的受电弓归算到接触线高度的一个质量，它与受电弓弓头具有相等的垂直加速度。归算质量不是一个常数，与受电弓的升高程度有关,受电弓及其与接触网的相互作用(11),弓网接触压力与运行速
11、度的关系曲线,受电弓及其与接触网的相互作用(12),接触压力的限制,DB测量系统 Fmin40N Fmax250km/h时，Fmax250N) 24N（双弓时为27N）,EN50119交流系统接触压力 Fmin0N Fmax200km/h时，Fmax350N),受电弓及其与接触网的相互作用(13),在悬挂点安全抬升的几何关系,受电弓及其与接触网的相互作用(14),接触线与滑板的匹配,接触线和滑板的使用寿命取决于:,受电弓作用在接触线上的接触压力,制作受电弓和滑板的材料,滑板的数量和制作尺寸,通过接触点的电流,牵引车辆的速度,线路处于隧道或区间的环境系数,受电弓及其与接触网的相互作用(15),纯
12、铜和铜合金（纯铜、银铜合金、镁铜合金等）已成为接触线的主要材料，这也决定了接触网成本比较高,钢、铜合金、石墨和金属碳已经用作滑板材料,受电弓及其与接触网的相互作用(16),接触线与滑板的匹配,受电弓及其与接触网的相互作用(17),接触线与滑板间的载流能力,* 单根接触线,受电弓及其与接触网的相互作用(18),接触线材料机构强度与温度的关系,电气磨耗,通过滑动接触实现电能传输,实际的表面接触结构,接触线与受电弓滑板的特点,接触线,受电弓滑板,F,机械磨耗,接触线与滑板的磨耗,受电弓及其与接触网的相互作用(19),评价原则,弓网关系评价参数与评价标准(1),目标定义,评价因素,安全,电弧,运营可靠
13、,运营寿命,影响,脱弓保护、受电弓无障碍运行,传输需用功率,接触线与滑板最低磨耗,降低功能方面的干扰,材料配置、接触面,接触压力、电流、电弧,接触线相对于受电弓中心线位置,弓网关系评价参数的确定,关键值的计算（如：弹性、波动传播速度） 可操作性强 仅适用于理想化问题 不依赖于所有参数,测量（如：接触压力、火花、抬升） 需要测量设备 测量费用昂贵 对于多种测量系统的测量结果对比较困难,仿真 数学方程复杂 必要的计算机编程 优化具体参数,弓网关系评价参数与评价标准(2),弓网关系评价参数与评价标准(3),SIEMENS评价参数,弓网接触压力、受电弓弓头垂直加速度、离线率、定位器抬升（车上）等反映弓
14、网关系的参数采用接触式检测，使用的传感器主要为称重传感器和加速度传感器。传感器均安装在一架略微改造的受电弓上 接触线拉出值、接触线高度、接触线厚度（磨耗）等参数采用非接触方式检测 地面测量定位器抬升,弓网关系评价参数与评价标准(4),SIEMENS弓网关系参数评价标准,根据EN50317规定，受流质量由实测的平均接触压力Fm和接触压力标准偏差来标定，规则如下： 最大接触压力峰值350 N，最小接触压力0； 最高速度下的标准接触压力偏差0.3Fm； 修正的平均接触压力Fm减去3的差值一定要为正值； 在不利的空气动力条件下，定位器最大抬升量必须的空间不小于实际抬升量的两倍,弓网关系评价参数与评价标准(5),SIEMENS接触线空间位置参数评价标准,接触线拉出值测量范围：550mm（能调整） 接触线高度测量范围：49006500mm（能调整） 接触线拉出值测量准确度：15mm 接触线高度测量准确度：8mm 接触线厚度测量准确度：0.2mm,弓网关系评价参数与评价标准(6),ALSTOM测量参数与评价标准,测量弓网接触压力，评价标准同SIEMENS 弓网电弧，评价标准为160m一次,日本联合测量参数与评价标准,接触线高度：士100mm、拉出值：300mm以内、上抬量：100m
