接触线磨耗问题的研究

接触线磨耗问题的研究

摘要:随着电气化铁道列车运行速度的提高,弓网间接触力会发生变化,系统会产生自激振动,振动幅度过大会造成受电弓滑板与接触网导线分离,出现离线现象。离线对电力机车牵引供电是非常有害的,不仅会引起机车受流不良,造成机车运行不稳定,加速接触网和受电弓滑板的磨耗,产生无线电信号干扰,损坏机车电气设备,严重时还会造成弓网故障引起列车停运,给国家造成巨大的损失。本文就接触线和受电弓的磨损问题从理论和实际的两方面进行研究以期找出能够减少磨耗的方法,更好地服务铁路运营。

关键词:接触线磨耗

1 接触线和受电弓的相互磨损和作用机理

接触网设备必须能可靠地将电流传输给牵引车辆,机械设计尺寸一定要特别适合于运行速度。接触线是接触网的重要成份。

1.1 接触线的特性

受电弓沿其行走的预张力线称为接触线,刚性接触网的接触线由于汇流排的作用,几乎无张力。

接触线是被滑过的受电弓磨损的。此外,用于受电弓和接触线接触的材料的组合也对这些部件的磨损率有影响。铜接触线与碳滑板的组合使磨损率达到最低。钢和铜滑板会导致相当高的磨损率。由于磨

损使接触线截面积减小,从而使载流量下降,并使导线的抗拉强度下降。确定是否达到磨损限度的标准是在磨损最严重的点上测量其截面积。若接触线磨损均匀则使用寿命较长,其基本要求取决于架空接触网和受电弓之间最良好的相互作用,而它是由设计、运行速度以及精确安装和充分维护来决定的。

1.2 受电弓和接触网的接触压力

受电弓与接触网接触,当两者相对不动时,两者间的接触力表现为受电弓对接触网的静态抬升力,方向垂直向上。当两者相对运动时,水平方向出现摩擦力,垂直方向除受电弓的静态抬升力外,还有空气对受电弓滑板的空气动力,以及受电弓弓头上下振动引起的惯性力。静态接触压力,空气动力接触压力,动态接触压力。

1.3 受电弓与接触网的相互作用

接触网与受电弓的相互作用决定供电可靠性和供电质量,其相互作用依赖于受电弓和接触网的设计方案及大量参数。

接触网——受电弓系统要求通过连续的,即不中断的电气和机械接触给牵引车辆供电,与此同时要使接触线和滑板的磨耗保持尽可能低的程度。

连续送电时没有电压降或电流损失。这就意味着必须一直保持机械接触。如果失去机械接触,就会发生燃弧。相反,接触压力也不可能

过大,因为这会导致接触网抬升过高并带来无法接受的磨耗。

1.4 受电弓滑板和接触线的材料

接触线和滑板的使用寿命基本取决于: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;通过接触点的电流量牵引车辆的速度;线路处于隧道或区间的环境系数。纯铜和铜合金(纯铜、银铜合金、镁铜合金等)已成为接触线的主要材料。

2 接触线非正常磨损的主要原因

通过上述分析可知接触网的接触线是电力机车受电弓的取流途径,两者通过不断接触摩擦取得电流。在长期的不断摩擦接触当中正常的磨损不可避免。而在非正常磨损中,弓网关系的良好与否直接关系着受电弓取流时对接触网的压力从而是非正常磨损程度的主要因素。

2.1 受电弓磨耗不规则导致接触线非正常磨损

国内的电力机车都是通过机车顶上的受电弓来取电的。受电弓的最上部是碳滑条,通过碳滑条与接触网接触实现受流,从而把电网的电能源源不断地提供给机车。正常情况下,受电弓在接触网滑行时对碳滑板会造成有机械磨损。

由于受电弓磨耗的不规则,破坏了弓网之间的正常磨耗关系,造成了接触线的磨耗不均匀,受电弓两端磨出的凹槽使锚段中部接触线产生偏磨现象。接触线磨耗不均匀,即接触线工作面不平滑,也会加速受电弓磨耗不规则,形成恶性循环。这样造成的影响就是弓网关系恶化,弓网之间容易离线、打火和拉弧,严重时可能烧损接触线、受电弓碳滑板或者其他接触网设备(如分段绝缘器),影响变电所的供电质量和机车的受流质量。

2.2 接触网的布置方式的缺陷导致弓网接触较差

一般在在接触网中,在接触网的“之”字形布置情况下,当受电弓以某一速度滑过时,碳滑板不同点被磨损的程度是相同的。而当接触网的布置方式不太妥当的时候,碳滑板的磨耗程度不尽相同。在这种情况下,经过多次磨耗后,受电弓碳滑板的形状将会出现中间磨损较小,两端磨耗较大的情况。

2.3 接触线的材料质量

在整个区段或区间当中,相关接触线的材质也是导致非正常磨损的一个原因。考虑到与受电弓进行着长期摩擦和接触,接触线的材料一定要相当可靠并在较长的距离范围内的材质尽量相同以便和更好达到和受电弓压力的一种平衡。

3 如何避免接触线非正常磨损的方法

3.1 改善弓网关系建立良好受流措施

通过上述论述我们知道电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的。当运动的受电弓通过相对静止的接触网时,接触网受到外力干扰,于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用,弓网系统产生特定形态的振动。当振动剧烈时,可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触,形成离线,产生电弧和火花,加速电器的绝缘损伤,对通信产生电磁干扰,更严重的是直接影响受流,甚至会造成供电瞬时中断,使列车丧失牵引力和制动力。而弓网之间接触力过大时,虽可大大降低离线率,但接触导线与受电弓滑板磨耗增大,使用寿命缩短。因此,良好的弓网关系是确保列车稳定可靠地受流的基本前提,也是避免接触线非正常磨损的主要方法。

3.2 优化接触网布置方式

优化接触网跨距,理论计算和模拟实验表明,跨距取大值受流情况较好。特别在机车高速运行时,接触网和受电弓可以取得更为理想的受流关系。加大线索张力,尤其是加大线索张力,改善受流较明显。理论上,在接触线截面积相同的前提下,提高接触线的张力可以降低接触网的弹性、提高接触线的波动传播速度、提高多普勒洗漱、降低放大系数、降低最大解除压力、降低接触力的标准偏差及接触线的抬升量。可以说接触线张力对受流质量起着关键作用,提高接触线的张力可以

改善接触网的所有受流特性参数。从而减小接触线的磨耗压力。减小接触网的线密度,减小振动时的关系。随着接触线线密度的增大,解除压力的最大值、均方根值和变化幅值均增大,最小值减少。不均匀洗漱随接触线线密度的增大而增大。可见,减小接触线线密度有利于受流和减小磨耗。

3.3 采取较为可靠地接触线材料

由于受电弓和接触线长期接触摩擦,采取可靠地接触线材质也是重要的减小磨耗的方法。且选取的接触线应该在特定较长区段保持材质相同,达到和受电弓进行摩擦的平衡。

4 结语

在大准铁路生产运量日益攀升的今天,我们要越发重视接触线和受电弓的磨耗问题,寻找能够更加改善弓网关系的方法,以更好地服务生产,保证运量保证安全。