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受电弓——接触网系统电接触特性研究

吴积钦  
【摘要】: 弓网系统电接触是指受电弓的滑板与接触网的接触线相互接触并通过接触界面实现电流传输的物理、化学现象统称。弓网系统电接触包含了静态电接触、滑动电接触及可分合电接触等三方面的现象和问题。 本文分别论述了静态电接触、滑动电接触及可分合电接触情况下的弓网系统的热过程;对静止状态下受电弓滑板与刚性接触网的接触温升——接触压力——取流量关系进行了试验研究;系统介绍了弓网系统接触电阻、接触温升、接触材料匹配及摩擦磨损方面的有关理论;详细描述了弓网系统电弧的产生原因及其影响;对弓网电接触的需求及接触质量的优劣评价进行了概括。 接触电阻是弓网电接触的基本参数,接触电阻与弓网材料匹配、弓网接触压力、接触形式、接触面状况等因素有关。不同的滑板和接触线材料组合,接触电阻也不相同。 电气列车静止不动时的受电弓滑板的取流量必须保持在允许限度内。对静止状态下受电弓滑板与刚性接触网的接触温升——接触压力——取流量关系进行的试验结果表明,弓网接触压力在60N~120N范围内变化时,接触温升对接触压力的变化不敏感,单纯增加或减小接触压力不能显著改变弓网系统的静态电接触特性。 弓网系统静态接触压力取值的决定因素包括电气列车静态取流量、弓网系统燃弧率及接触线与受电弓滑板的材料匹配。 在电气列车起动和短路两种情况下,对弓网系统电流引起的接触线热过程的仿真结果表明,正常起动电流不会影响弓网系统的运行可靠性,短路电流对弓网接触点处接触线的损害往往是致命的。 滑板与接触线滑动接触过程中,产生的磨耗可以分为机械磨耗、化学磨耗和电气损耗等3种,机械磨耗通常又分为粘结磨耗、硬粒磨耗和疲劳磨耗。 在大多数情况下,滑板与接触线脱离接触时,断开的电流大于生弧电流,滑板与接触线之间的电压大于生弧电压,弓网系统的电弧现象不可避免。电荒芪只逵虢哟ハ咧涞牡缙?保证电气列车取流的持续性,这种特性对移动接触能量的传输至关重要。 弓网系统电火花和电弧现象的产生原因有多种,不同情况下的电弧对弓网系统材料的影响也不相同。依据热传导理论建立弓网系统电弧烧蚀模型,将接触线被电弧侵蚀的热过程计算归结为具有第二类边界条件的常热流快速加热半无限大物体的强瞬态热传导问题的求解,并分别在静止电弧和运动电弧两种热流输入情况下,对接触线的热过程进行的仿真结果表明,静止电弧和运动电弧对接触线的电气侵蚀程度不同,静止电弧在极短的时间内就能引起接触线表面熔化,不同速度的运动电弧对接触线表面的侵蚀程度不同,电气列车运行速度越高,电弧对接触线表面的侵蚀程度越轻微。 常采用测量与接触电阻密切相关的动态接触压力、燃弧率及定位点处接触线的抬升量等参数对弓网系统接触质量的优劣进行间接评价,利用滑板和接触线的磨耗量对弓网系统的运行寿命进行评价。


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