受电弓——接触网系统电接触特性研究

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。电弧能维持滑板与接触线之间的电气联系，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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3研究内容及创新点

1.3.1研究内容

1.3.2创新点

第2章弓网系统静态电接触及其稳态热效应

2.1弓网系统电接触特点

2.2弓网系统静态接触电阻

2.3影响静态接触电阻的因素

2.3.1滑板和接触线的材料性质

2.3.2弓网接触形式

2.3.3弓网接触压力

2.3.4滑板与接触线的接触面状况

2.4弓网系统的稳态热效应

2.5接触温升与接触压力和取流量关系试验

2.5.1概述

2.5.2试验环境

2.5.3试验方案

2.5.4试验仪器和设备

2.5.5试验步骤

2.5.6试验数据

2.6对试验数据的分析

2.7试验结论

2.8试验中遇到的特殊现象

2.9利用试验结果计算静态电接触参数

2.10电气化铁路弓网系统静态接触温升

第3章弓网系统滑动电接触的暂态热效应

3.1概述

3.2弓网系统暂态热传导数学模型

3.3起动电流引起的暂态热效应

3.4短路电流引起的暂态热效应

第4章弓网系统电弧及其瞬态热效应

4.1电弧的基本特性

4.2弓网系统中的电火花和电弧现象

4.2.1滑动接触过程中的弓网电火花现象

4.2.2滑动接触过程中的弓网电弧现象

4.2.3受电弓升降操作时的弓网电火花或电弧现象

4.2.4受电弓通过接触网电气分段时的弓网电弧现象

4.2.5滑板或接触线表面有异物时的弓网电弧现象

4.2.6接触线为波浪状时的弓网电弧现象

4.2.7接触线具有安装缺陷时的弓网电弧现象

4.3电弧作用下接触线的热过程

4.4电弧对接触线热传导的数学模型

4.5仿真结果与分析

4.5.1静止电弧引起接触线材料的温升

4.5.2运动电弧引起接触线材料的温升

4.6典型弓网系统的电弧现象

4.7弓网系统的摩擦磨损

第5章高速弓网系统电接触的需求

5.1概述

5.2对接触网的要求

5.3对受电弓的要求

5.4滑板与接触线材料的匹配

5.5弓网系统的接触压力

5.6弓网系统的燃弧

5.7定位点的振动

5.8高速弓网系统的接触质量评价

结论与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文