高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流特性及受電弓

1、武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流特性高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流特性及受電弓及受電弓武漢高鐵訓(xùn)練段武漢高鐵訓(xùn)練段 黃秋社黃秋社武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段一、一、高鐵系統(tǒng)的受流特性高鐵系統(tǒng)的受流特性高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流特性及受電弓高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流特性及受電弓1、高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介、高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2、高速受電的特點(diǎn)、高速受電的特點(diǎn)3、弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求、弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求4、弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響、弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響5、提高弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施、提高弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施二、受電弓二、受電弓1、受電弓介紹、受電弓介紹2、高速鐵

2、路受電弓應(yīng)滿足的條件高速鐵路受電弓應(yīng)滿足的條件武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段v 電氣化鐵道是由電力機(jī)車和牽引供電裝置組成的，牽引供電裝置一般分成牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分，所以人們又稱電力機(jī)車、牽引變電所和接觸網(wǎng)為電氣化鐵道的“三大元件”。 v 電廠發(fā)出的電流，經(jīng)升壓變壓器提高電壓后，由高壓輸電線送到鐵路沿線的牽引變電所。在牽引變電所里把電流變換成所要求的電流或電壓后，經(jīng)饋線轉(zhuǎn)送到鄰近區(qū)間和站場(chǎng)線路的接觸網(wǎng)上供電力機(jī)車使用。一）高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一）高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、高鐵系統(tǒng)的受流特性一、高鐵系統(tǒng)的受流特性武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 供電系統(tǒng)示意圖

3、供電系統(tǒng)示意圖 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段電力牽引系統(tǒng)的組成 我國(guó)和世界上多數(shù)國(guó)我國(guó)和世界上多數(shù)國(guó)家均采用工頻（家均采用工頻（50Hz50Hz）單）單相交流供電制，網(wǎng)壓額定相交流供電制，網(wǎng)壓額定值為值為25KV25KV。 武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 CRH5動(dòng)車組牽引系統(tǒng)使用交直交傳動(dòng)方式，主要由受電弓、主斷路器、牽引變壓器、牽引變流器及牽引電機(jī)組成。受電弓通過(guò)接觸網(wǎng)獲得25KV電壓，輸送給牽引變壓器，降壓成1770V的交流電。降壓后的電流再輸入牽引變流器，逆變成電壓和頻率均可控制的三相交流電，輸送給牽引電機(jī)牽引整個(gè)列車CRH5動(dòng)車組牽引傳動(dòng)

4、系統(tǒng)工動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理示意圖作原理示意圖武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 二）高速受電的特點(diǎn)二）高速受電的特點(diǎn) 1）高速列車的行車速度較常速列車高得多，因而受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線移動(dòng)的速度大大加快，這就使接觸網(wǎng)與受電弓的波動(dòng)特性發(fā)生變化，從而影響受電弓的受流效果。 2）高速列車在高速運(yùn)行時(shí)所受的空氣阻力遠(yuǎn)較常速列車大得多，空氣動(dòng)態(tài)力也是影響高速受電的一個(gè)重要因素； 3）高速列車所需的牽引功率較常速列車大得多，若采用多弓受電必然會(huì)增加阻力、加大噪聲，并引起接觸網(wǎng)的波動(dòng)干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)

5、技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 三）弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求三）弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求 由于接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線是一根具有彈性的導(dǎo)線，受電弓也是一個(gè)彈性體，故而兩者構(gòu)成的是一個(gè)相互接觸的彈性系統(tǒng)。 高速鐵路工網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求： (1)在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)應(yīng)能保證在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)應(yīng)能保證正常供電：正常供電： (2)應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力；應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力； (3)對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求；對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求； (4) 接觸懸掛彈性均勻度好。接觸懸掛彈性均勻度好。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練

6、段職業(yè)技能訓(xùn)練段 四）弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響四）弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響（1）弓線間的接觸壓力 當(dāng)受電弓沿接觸導(dǎo)線移動(dòng)時(shí)，受電弓的高度就開始迅速變化，再加上受電弓還受到高速空氣動(dòng)力的作用，從而將引起接觸壓力的變化。其后果是：壓力變小會(huì)造成受電弓離線，出現(xiàn)壓力變小會(huì)造成受電弓離線，出現(xiàn)電弧，使弓、線燒傷；壓力變大會(huì)使接觸導(dǎo)線過(guò)分升高，同時(shí)電弧，使弓、線燒傷；壓力變大會(huì)使接觸導(dǎo)線過(guò)分升高，同時(shí)使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的磨損加劇使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的磨損加劇。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 （2）接觸導(dǎo)線的波動(dòng)和噪聲）接觸導(dǎo)線的波動(dòng)和噪聲 高速鐵路的噪聲聲源主要來(lái)源于弓網(wǎng)系統(tǒng)（接觸導(dǎo)線波

7、動(dòng)而產(chǎn)生嚴(yán)重的電弧放電以及強(qiáng)烈的噪聲問題）、輪軌系統(tǒng)和空氣阻力。世界各國(guó)對(duì)鐵路噪聲規(guī)定了容許標(biāo)準(zhǔn)值，我國(guó)為70dB。為降低噪音，除了在軌道、線路、車輛、電氣化接觸網(wǎng)等方面采取降噪技術(shù)外，在人口稠密區(qū)的路基和高架橋上還應(yīng)采用隔聲屏障對(duì)噪聲進(jìn)行防范治理。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 （3）離線問題）離線問題 當(dāng)接觸網(wǎng)的懸掛系統(tǒng)不能適應(yīng)列車運(yùn)行速度的要求時(shí)，受電弓的滑板就會(huì)與接觸導(dǎo)線脫離。高速運(yùn)行時(shí)，受電弓的向上推力將使接觸高速運(yùn)行時(shí)，受電弓的向上推力將使接觸導(dǎo)線的位置急速變化，這一變化以橫波的形式沿接觸導(dǎo)線前后傳播，導(dǎo)線的位置急速變化，這一變化以橫波的形式沿接觸導(dǎo)線前后傳播

8、，使導(dǎo)線產(chǎn)生波動(dòng)。使導(dǎo)線產(chǎn)生波動(dòng)。如果其傳播速度趕不上高速列車的運(yùn)行速度，就會(huì)如果其傳播速度趕不上高速列車的運(yùn)行速度，就會(huì)產(chǎn)生離線現(xiàn)象。產(chǎn)生離線現(xiàn)象。當(dāng)二者不匹配時(shí)，受流質(zhì)量將嚴(yán)重惡化，甚至造成弓網(wǎng)解體。因此，在高速弓網(wǎng)系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)的波動(dòng)速度成為制約列車在高速弓網(wǎng)系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)的波動(dòng)速度成為制約列車高速運(yùn)行的主要因素之一。高速運(yùn)行的主要因素之一。 離線有極大的危害，會(huì)造成供電時(shí)斷時(shí)續(xù)，引起列車嚴(yán)重沖動(dòng)；會(huì)使弓、線間出現(xiàn)電弧放電、引起電蝕，使兩者的工作表面嚴(yán)重粗糙，進(jìn)一步使弓、線磨損加速，工作壽命縮短；會(huì)造成牽引電流的急劇變化，有損于牽引電機(jī)的技術(shù)狀態(tài)；會(huì)對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。因此，對(duì)離線的研究

9、也是高速受電的一個(gè)主要研究方向。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段（4）受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線）受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線 受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線是指列車在最高設(shè)計(jì)速度運(yùn)行下，受電弓上下左右所允許達(dá)到的極限尺寸。由于接觸網(wǎng)和受電弓的特性不同，各國(guó)對(duì)此并無(wú)共同的標(biāo)準(zhǔn)。 受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線應(yīng)符合下列規(guī)定： 120km/h及以下區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為100mm，左右擺動(dòng)量為200mm。 120-160km/h區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為120mm，左右擺動(dòng)量為250mm。 200km/h區(qū)段，（導(dǎo)線高度為6m時(shí)）受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為160mm，左右擺動(dòng)量直線區(qū)段為250mm，曲線區(qū)段為300mm。 200-2

10、50km/h區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量暫按200mm，左右擺動(dòng)量直線區(qū)段為250mm，曲線區(qū)段為350mm。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 （5）大電流與點(diǎn)接觸）大電流與點(diǎn)接觸 高速列車所需的牽引電流是普速列車牽引電流的兩倍，甚至更大，牽引電流的加大造成接觸線與滑板之間容易過(guò)熱，點(diǎn)接觸和大電流之間的矛盾是高速弓網(wǎng)關(guān)系應(yīng)注重關(guān)心的問題之一，采用單弓受流時(shí)離線引起的沖擊很大，采用多弓受流又會(huì)增加阻力、加大噪聲，并引起接觸網(wǎng)擾動(dòng)。這對(duì)滑板和接觸線的材質(zhì)提出了新要求。大電流的存在對(duì)接觸網(wǎng)的回流線路及接地系統(tǒng)也會(huì)有更高的要求。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段五）提高

11、弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施五）提高弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施1、采用新型復(fù)合材料制成的接觸導(dǎo)線，以提高其抗拉強(qiáng)度。、采用新型復(fù)合材料制成的接觸導(dǎo)線，以提高其抗拉強(qiáng)度。2、增大接觸線和承力索的截面，以增加接觸線和承力索的張力；、增大接觸線和承力索的截面，以增加接觸線和承力索的張力；減小接觸網(wǎng)的跨度，并采用更為合理的懸掛方式。減小接觸網(wǎng)的跨度，并采用更為合理的懸掛方式。3、確定受電弓同時(shí)升兩個(gè)受電弓之間的最小距離。、確定受電弓同時(shí)升兩個(gè)受電弓之間的最小距離。4、改進(jìn)受電弓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。、改進(jìn)受電弓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段1、受電弓介紹、受電弓介紹以（68.

12、69.8）N的接觸壓力緊貼接觸線摩擦滑行，將電能引入機(jī)車。二、受電弓二、受電弓武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段v 受電弓單臂、雙臂、T形v 單臂非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕高速v 雙臂對(duì)稱結(jié)構(gòu)，質(zhì)量重低速v T形空氣動(dòng)力學(xué)特性好高速武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段電力機(jī)車受電弓直接從接觸線滑行取流,受電弓的滑板緊貼接觸線，滑板固定在托架上。受電弓的最大工作范圍1250mm，允許工作范圍950mm。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段長(zhǎng)度2085的受電弓弓頭輪廓武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段

13、職業(yè)技能訓(xùn)練段長(zhǎng)度1950的受電弓弓頭輪廓武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段長(zhǎng)度1950的受電弓弓頭輪廓武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段弓頭縱向偏移量計(jì)算弓頭縱向偏移量計(jì)算0.5700.5750.5800.5850.5900.5950.6000.500.751.001.251.501.752.002.25(0.595,1.86)升弓高度(m)弓頭 縱 向偏移量(m)(0.575,1.23)武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 SIEMENS SIEMENS 受電弓，用于受電弓，用于300km/h300km/h動(dòng)車組，如動(dòng)車組，如CRH3CR

14、H3和和CRH2CRH2300300武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 DSA DSA系列受電弓，用于系列受電弓，用于200km/h200km/h動(dòng)車組，如動(dòng)車組，如CRH1CRH1、CRH2CRH2、CRH5CRH5武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段DSA350型受電弓外形圖型受電弓外形圖武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 DSA-350型受電弓是按ICE(德國(guó)高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）統(tǒng)一技術(shù)條件制造的。無(wú)嚴(yán)格質(zhì)量要求及特殊強(qiáng)度要求的部件用不銹鋼材料制造，上剪形裝置、弓框和接觸滑板支座等部件則采用鋁材制造。接觸滑板用獨(dú)立彈簧懸掛，彈簧便于更換，并具

15、有足夠的行程。升降系統(tǒng)中設(shè)有減振器以便使剪形臂在下降時(shí)不致對(duì)車頂產(chǎn)生沖擊。研制了一種特殊的高壓絕緣子，將其與受電弓移動(dòng)部分制成一體。受電弓直接固裝在車頂上，從而保證了較低的結(jié)構(gòu)高度。升弓驅(qū)動(dòng)采用風(fēng)動(dòng)，裝置中設(shè)有高靈敏度的減壓閥，以保證受電弓在整個(gè)工作高度范圍內(nèi)，滑板與接觸導(dǎo)線之間的接觸壓力基本保持不變。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 DSA-350型受電弓的主要技術(shù)數(shù)據(jù)型受電弓的主要技術(shù)數(shù)據(jù)武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段 2、高速鐵路受電弓應(yīng)滿足的條件高速鐵路受電弓應(yīng)滿足的條件1）受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間要保持恒定的接觸壓力。）受電弓的滑板與接觸導(dǎo)

16、線之間要保持恒定的接觸壓力。2）盡可能減輕受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量。）盡可能減輕受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量。3）減小空氣制動(dòng)力的影響。）減小空氣制動(dòng)力的影響。4）滑板應(yīng)適應(yīng)高速的要。）滑板應(yīng)適應(yīng)高速的要。5）動(dòng)作要求。）動(dòng)作要求。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段弓網(wǎng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀弓網(wǎng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀v 接觸網(wǎng)由電氣化局和各勘測(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，基本上不考慮受電弓的影響v 受電弓由電力機(jī)車廠設(shè)計(jì)和制造，不考慮接觸網(wǎng)的影響v 速度160km/h以上均采用進(jìn)口受電弓，提速線上的接觸網(wǎng)均采用進(jìn)口接觸線。v 武漢廣州的提速線因采用國(guó)產(chǎn)接觸網(wǎng)，因接觸線存在嚴(yán)重的表面不平順，導(dǎo)致無(wú)法驗(yàn)收通車使用C a

17、 te n a r yP a n t o g r a p hT r a c kL o c o m o t iv e武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段弓網(wǎng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀弓網(wǎng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀模型越來(lái)越精確：接觸網(wǎng)：采用有限元方法建模，采用ANSYS等成熟軟件計(jì)算模態(tài)。受電弓：垂向+橫向 - 空間模型，由等效質(zhì)量的多體模型 - 實(shí)體模型?？紤]機(jī)車頂部的振動(dòng)，考慮接觸網(wǎng)的弛度、不平順和坡度，考慮空氣動(dòng)力學(xué)。主動(dòng)控制受電弓。武漢高速鐵路武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段職業(yè)技能訓(xùn)練段一、一、高鐵系統(tǒng)的受流特性高鐵系統(tǒng)的受流特性 小結(jié)小結(jié)1、高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介、高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2、高速受電的特點(diǎn)、高速受電的特點(diǎn)3、弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求、弓網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的要求4、弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響、弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生的影響5、提高弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施、提高弓網(wǎng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施二、受電弓二、受電弓1、受電弓