高速电气化铁路弓网关系及其评价说课材料

1、SWJTU OCS2006.11.2Page 1弓网关系(gun x)及其评价第一页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 2概况(gikung) 接触网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。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，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(xngnng)会严重恶化，甚至影响列车正常运行会严重恶化，甚至影响列车正常运

2、行 高速电气化铁路不能沿用高速电气化铁路不能沿用(ynyng)现有常速下的各种系统，在高速领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者间的相互作用第二页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 3主要(zhyo)内容弓网关系的核心弓网关系的核心(hxn)问题问题接触网的振动接触网的振动(zhnd

3、ng)特性特性受电弓及其与接触网的相互作用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参数与评价标准弓网关系评价案例弓网关系评价案例接触网的动态检测与静态调整接触网的动态检测与静态调整第三页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 4振动系统振动系统(xtng)的关系的关系弓网系统的核心(hxn)问题(1)滑动滑动(hudng)接触接触电能传输的接触面较小电能传输的接触面较小高速运行下的大电流高速运行下的大电流第四页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 5弓网关系弓网关系(gun x)的需求的需求弓网系统(xtng)的核心问题(2)几何

4、几何(j h)需需求求受电弓轮廓受电弓轮廓电气需求电气需求最高速度时的电流最高速度时的电流静止状态下的电流静止状态下的电流动态需求动态需求接触压力的限制接触压力的限制接触线最大抬升量接触线最大抬升量保证安全可靠运营保证安全可靠运营载流量载流量寿命与安全寿命与安全三者间是相互联系的第五页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 6几何几何(j h)需求需求弓网系统的核心(hxn)问题(3)车辆限界车辆限界(xinji)及性能及性能对接触线高度的限制对接触线高度的限制受电弓的摆动受电弓的摆动受电弓几何尺寸受电弓几何尺寸接触线偏离受电弓中心的限制接触线偏离受电弓中心的限制建筑限界建筑

5、限界隧道和桥梁隧道和桥梁站台面和房屋站台面和房屋第六页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 7电气电气(dinq)需求需求弓网系统的核心(hxn)问题(4)线索线索(xin su)及零及零部件温度部件温度接触网系统载流量接触网系统载流量接触网系统短路载流量接触网系统短路载流量接触网电压接触网电压变电所出口电压变电所出口电压供电臂末端电压供电臂末端电压供电灵活性供电灵活性电分相电分相电分段电分段绝缘与接地绝缘与接地谐波与杂散电流谐波与杂散电流第七页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 8动态动态(dngti)需求需求弓网系统(xtng)的核心问题(5)弓网

6、间的接触力弓网间的接触力接触接触(jich)线的抬高线的抬高保证功率传输的可靠性保证功率传输的可靠性保证系统的使用寿命保证系统的使用寿命减少对周围环境的干扰减少对周围环境的干扰避免对系统的损伤避免对系统的损伤第八页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 9接触网的振动(zhndng)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(lich)车体的振动以及风力等因素均参与作用 第九页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 10接触

7、网的振动(zhndng)特性(2) 与接触网振动(zhndng)有关的因素静态因素静态因素 接触网的弹性（弹性接触网的弹性（弹性单位垂直作用力弓起接触线的抬升，与跨距成正比，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）与接触网的张力和成反比） 接触网的弹性不均匀程度（弹性沿跨距的一致性）接触网的弹性不均匀程度（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、预弛度及有无弹性吊索有关(yugun)，与接触网的施工精度有关，与接触网的施

8、工精度有关(yugun)动态因素动态因素 受电弓的跟随特性受电弓的跟随特性 受电弓的空气动力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第十页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 11DBSNCF基础限界基础限界4800动态包络线的车辆限界动态包络线的车辆限界4700电气绝缘距离电气绝缘距离215220安装误差安装误差3030接触线向下的运动接触线向下的运动5550额外负载产生的弛度额外负载产生的弛度( (冰等冰等) )9080在线路坡度小于在线路坡度小于1212 情况下的腕臂运动情况下的腕臂运动10最小高度最小高度52005080轨道高度变化储备轨道

9、高度变化储备100标准高度标准高度53005080接触(jich)线高度接触网的振动(zhndng)特性(3)第十一页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 12接触网施工(sh gng)精度接触网的振动(zhndng)特性(4)单位单位Re200Re200Re250Re250接触线高度接触线高度mmmm1001003030定位点之间定位点之间mmmm未定未定2020吊弦之间吊弦之间mmmm20201010接触线的拉出值接触线的拉出值mmmm30303030接触线坡度接触线坡度1 11:10001:10001:30001:3000第十二页，共61页。SWJTU OCS2006

10、.11.2Page 13接触网的弹性(tnxng)接触网的振动(zhndng)特性(5)第十三页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 140.30.40.50.60.7吊弦处吊弦处弹性弹性(tnxng) mm/NSpt1234567SptemaxRe 2500.54 mm/NRe 3300.39 mm/N 低的弹性低的弹性(tnxng) emax弹性弹性(tnxng)和不均匀性和不均匀性0.30.40.50.60.7吊弦处吊弦处Spt1234567SptemaxRe 25010 %Re 3308 %eminemin 低的不均匀性低的不均匀性u弹性弹性 mm/Nu = (em

11、ax- emin) / (emax+ emin) * 100 % 接触网的振动特性(6)第十四页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 15接触网的弹性接触网的弹性(tnxng)比较比较反定位反定位(dngwi)装置装置正定位正定位(dngwi)装置装置跨距中心跨距中心接触网的振动特性(7)第十五页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 16接触网的振动接触网的振动(zhndng)传播传播 波动传播速度波动传播速度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，该点接触线振动(zhndng)经过经过S秒后传到

12、秒后传到L，则，则Cp=L/S运行运行(ynxng)方方向向xFlyv恒力恒力F F作用在接触线上并以速作用在接触线上并以速度度v v移动，接触线抬升移动，接触线抬升y y)sin(sinsin1)(2),(12222ltCnCvlvlnlxnnvCmFltxyppnp接触网的振动特性(8)第十六页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 17jjpgTC*6 . 3Tj 接触线的水平张力接触线的水平张力(zhngl) Ngj 接触线的质量常数接触线的质量常数 kg/mcv7 . 0maxRe 200 Cu 100 10 kN Cp = 376 km/h vmax= 263 k

13、m/hRe 250 CuAg 120 15 kN Cp = 427 km/h vmax= 299 km/hRe 330 CuMg 12027 kN Cp= 572 km/h vmax= 400 km/hEAC-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(ync)最大运行速度还是与波的传播速度有关波动波动(bdng)传播速传播速度度接触网的振动特性(9)第十七页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 18DSA250型受电弓11底架组装底架组装22阻尼器阻尼器33升弓装置升

14、弓装置44下臂下臂55托架托架(tu ji)(tu ji)66下导杆下导杆77上臂上臂88上导杆上导杆99弓头弓头1010碳滑板碳滑板1111绝缘子绝缘子受电弓及其与接触网的相互作用(1)第十八页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 191 1绝缘子纵向安装尺寸绝缘子纵向安装尺寸8008001mm1mm2 2绝缘子横向安装尺寸绝缘子横向安装尺寸110011001mm1mm3 3最低处折叠长度最低处折叠长度约约1423mm1423mm4 4绝缘子高度绝缘子高度约约400mm400mm5 5落弓位高度（包括绝缘子）落弓位高度（包括绝缘子）682+5/-10mm682+5/-10

15、mm6 6升弓高度（包括绝缘子）升弓高度（包括绝缘子）3090+100/-25mm3090+100/-25mm7 7最低工作高度最低工作高度约约982mm982mm8 8最大工作高度最大工作高度约约2890mm2890mm9 9碳滑板碳滑板约约1250mm1250mm1010滑板总长滑板总长约约1576mm1576mm1111弓头长度弓头长度约约1950mm1950mm1212弓头宽广弓头宽广5805802mm2mm1313折叠长度折叠长度约约2561mm2561mm1414绝缘距离绝缘距离约约310mm310mmDSA250DSA250型受电弓型受电弓受电弓及其与接触网的相互作用(2)第十九

16、页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 20设计速度设计速度350km/h350km/h电压电压/ /电流电流25kV/1000A25kV/1000A静态抬升力静态抬升力5050 140N140N可调可调传动传动气压升降传动气压升降传动受电弓滑板受电弓滑板碳滑板碳滑板寿命寿命Re250Re250接触网接触网1010万万kmkm总质量总质量109kg109kg材料材料主架为不锈钢，其它主架为不锈钢，其它部件为铝合金部件为铝合金DSA350DSA350型受电弓型受电弓受电弓及其与接触网的相互作用(3)第二十页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 21对受电弓

17、的基本对受电弓的基本(jbn)要要求求不可能为了特定不可能为了特定(tdng)接触网单纯设计受电弓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两个运行方向的平均接触压力应该相等且只随速度变化等且只随速度变化(binhu)(binhu)略有增加，略有增加，平均接触压力的目标值为平均接触压力的目标值为FmFm静态静态接触压力接触压力应该满足静态取流要求应该满足静态取流要求 （ACAC系统：系统：606090N90N、DC1.5kVDC1.5kV系统：系统： 7070110N110N ）滑板的质量应尽可能低，以便实现

18、最佳的动态特性滑板的质量应尽可能低，以便实现最佳的动态特性设置自动降弓装置，使受电弓在故障时落下设置自动降弓装置，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)04080120160200240280km/h36004080120160200NSpeedFmF= 0,00097 * + 70 (1)Vm2(1) in km/hV第二十一页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 22受电弓滑板特性受电弓滑板特性(txng)l接触电阻要小接触电阻要小l熔点高熔点高l导热性良好导热性良好l质量小质量小l抗压强度抗压强度(kn y qin d)高高l弹性好弹性好l与铜接触线之

19、间的摩擦系数小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)第二十二页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 23接触压力接触压力受电弓滑板与接触网之间的接触力，包括受电弓滑板与接触网之间的接触力，包括(boku)以下以下分力分力静态接触压力静态接触压力因受电弓驱动，受电弓滑板施加因受电弓驱动，受电弓滑板施加(shji)在接触线上在接触线上的力的力动态动态(dngti)接触压力分力接触压力分力由垂直振动引起的惯性分力由垂直振动引起的惯性分力空气动力分力空气动力分力气流对受电弓的抬升力气流对受电弓的抬升力空气动力接触压力空气动力接触压力动态接触压力动态接触压力=

20、=接触压力接触压力+ += =+ += =受电弓及其与接触网的相互作用(6)第二十三页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 24静态静态(jngti)接触压力：停车时受电弓滑板对接触网施加的接触压力：停车时受电弓滑板对接触网施加的力力根据根据TSI能量能量(nngling)，静态接，静态接触压力：触压力：AC15kV和和AC25kV为为6090N；DC3kV为为100120N；DC1.5kV为为70110N受电弓及其与接触网的相互作用(7)第二十四页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 25空气动力接触压力：空气动力接触压力： 高速运行的受电弓受气流影响

21、产生，垂直向上。在高速范围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受电弓的空气动力阻力必须区别(qbi)于空气动力接触压力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。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在弓头上 单臂受电弓还受到空气的阻力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)第二十五页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 26空气空气(kngq)动力分力：由空

22、气动力分力：由空气(kngq)流作用在受电弓上流作用在受电弓上、向上的分力、向上的分力机翼上部气体流速快，静机翼上部气体流速快，静压力较小，下部气体流速压力较小，下部气体流速慢，静压力较大慢，静压力较大(jio d)，机翼会被向上推，机翼会被向上推受电弓及其与接触网的相互作用(9)第二十六页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 27空气动力阻力：空气动力阻力： 由与运行方向相反由与运行方向相反(xingfn)的风施加的的风施加的1 1 正在正在(zhngzi)运行的运行的DSA350S型受型受电弓的空气动力阻力和功率损耗与速度电弓的空气动力阻力和功率损耗与速度的关系的关系1

23、-空气动力阻力空气动力阻力2-功率损耗功率损耗受电弓及其与接触网的相互作用(10)第二十七页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 28由振动引起的惯性力：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，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受电弓弓头归算质量(zhling)与弓头上下振动的加速度之积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性及其数量和间隔，还取决于牵引车辆

24、的运行状态和线路质量(zhling) 所谓受电弓的归算质量所谓受电弓的归算质量(zhling)，就是把整个活架式的受，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电弓归算到接触线高度的一个质量(zhling)，它与受电弓弓，它与受电弓弓头具有相等的垂直加速度。归算质量头具有相等的垂直加速度。归算质量(zhling)不是一个常数不是一个常数，与受电弓的升高程度有关，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)第二十八页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 29弓网接触压力与运行弓网接触压力与运行(ynxng)速度的关系曲速度的关系曲线线受电弓及其与接触网

25、的相互作用(12)第二十九页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 30接触压力的限制接触压力的限制(xinzh)DBDB测量测量(cling)(cling)系统系统 Fmin40N Fmin40N Fmax200N( Fmax250km/hV250km/h时，时，Fmax250N)Fmax250N) 24N 0N Fmin0N Fmax300N( Fmax200km/hV200km/h时，时，Fmax350N)Fmax1500A1500A200200铜合金铜合金1500A1500A525525* 单根接触单根接触(jich)线线第三十四页，共61页。SWJTU OCS200

26、6.11.2Page 35受电弓及其与接触网的相互作用(18)接触接触(jich)线材料机构强度与温度的关线材料机构强度与温度的关系系第三十五页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 36电气电气(dinq)磨磨耗耗 通过滑动接触实现电能(dinnng)传输实际的表面接触实际的表面接触(jich)结构结构 接触线与受电弓滑板的特点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)第三十六页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 37评价评价(pngji)原则原则弓网关系(gun x)评价参数与评价

27、标准(1)目标目标(mbio)定义定义评价因素评价因素安全电弧运营可靠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第三十七页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 38弓网关系评价(pngji)参数的确定关键值的计算（如：弹性、波动传播速度）关键值的计算（如：弹性、波动传播速度） 可操作性强可操作性强 仅适用于理想化问题仅适用于理想化问题 不依赖于所有不依赖于所有(suyu)参数参数测量（如：接触压力、火花、抬升）测量（如：接触压力、火花、抬升） 需要测量设备需要测量设

28、备 测量费用昂贵测量费用昂贵 对于多种测量系统的测量结果对比较对于多种测量系统的测量结果对比较(bjio)困难困难仿真仿真 数学方程复杂数学方程复杂 必要的计算机编程必要的计算机编程 优化具体参数优化具体参数弓网关系评价参数与评价标准(2)第三十八页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 39弓网关系(gun x)评价参数与评价标准(3)SIEMENSSIEMENS评价评价(pngji)(pngji)参参数数 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）等反映弓网关系(gun x)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

29、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第三十九页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 40弓网关系评价参数(cnsh)与评价标准(4)SIEMENSSIEMENS弓网关系弓网关系(gun x)(gun x)参参数评价标准数评价标准 根据根据EN50317规定，受流质量由实测的平均接触压力规定，受流质量由实测的平均接触压力Fm和接触压力标准和接触压力标准偏差偏差来标定，规则如下：来标定，规则如下： 最大接触压力峰值最大接触压力峰值350 N，最小接触压力，最小接触压力0； 最高速度下的标准接触压力偏差

30、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修正的平均接触压力Fm减去减去3的差值一定要为正值的差值一定要为正值(zhn zh)； 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抬升量的两倍 第四十页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 41弓网关系评价参数(cnsh)与评价标准(5)SIEMENSSIEMENS接触线空间接触线空间(kngjin)(kngjin)位置参数评价位置参数评价标准标准接触接触(jich)(jich)线拉出值测量范围：线拉出值测量范围：550mm5

31、50mm（能调整）（能调整）接触接触(jich)(jich)线高度测量范围：线高度测量范围：490049006500mm6500mm（能调（能调整）整）接触接触(jich)(jich)线拉出值测量准确度：线拉出值测量准确度：15mm15mm接触接触(jich)(jich)线高度测量准确度：线高度测量准确度：8mm8mm接触接触(jich)(jich)线厚度测量准确度：线厚度测量准确度：0.2mm0.2mm第四十一页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 42弓网关系(gun x)评价参数与评价标准(6)ALSTOMALSTOM测量参数与评价测量参数与评价(pngji)(png

32、ji)标准标准测量弓网接触压力，评价标准测量弓网接触压力，评价标准(biozhn)(biozhn)同同SIEMENSSIEMENS弓网电弧，评价标准弓网电弧，评价标准(biozhn)(biozhn)为为160m160m一次一次日本联合测量参数与评价标准日本联合测量参数与评价标准接触线高度：士接触线高度：士100mm100mm、拉出值：、拉出值：300mm300mm以内、上抬量：以内、上抬量：100mm100mm以下、坡度：以下、坡度：1 1以下以下离线率：离线率：3030以内（以内（IDRUMIDRUM）,10%,10%以内（光学式）以内（光学式）接触线变形：接触线变形：50st50st以下以

33、下接触力：接触力：FMFM3030 第四十二页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 43弓网关系评价(pngji)案例(1)案例名称：地铁弓网关系研究案例名称：地铁弓网关系研究研究原因：弓线磨耗研究原因：弓线磨耗(mho)异常异常研究内容：确定弓网异常磨耗研究内容：确定弓网异常磨耗(mho)原因并给出对策原因并给出对策 地铁地铁1号线为柔性接触网，正线为链形悬挂、双接触线；车号线为柔性接触网，正线为链形悬挂、双接触线；车辆段为简单悬挂、单支接触线辆段为简单悬挂、单支接触线 地铁地铁2号线洞内为刚性接触网、单接触线，车辆段为简单悬号线洞内为刚性接触网、单接触线，车辆段为简单悬

34、挂、单支接触线挂、单支接触线 每辆动车为两架受电弓，每架受电弓每辆动车为两架受电弓，每架受电弓4个滑条，两弓间无高个滑条，两弓间无高压母线压母线 接触网电压为接触网电压为DC1.5kV第四十三页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 44弓网关系评价(pngji)案例(2)受电弓滑板异常受电弓滑板异常(ychng)磨磨损损第四十四页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 45弓网关系(gun x)评价案例(3)研究研究(ynji)方法方法电气需求评价电气需求评价(pngji)弓网接触力应满足静态取弓网接触力应满足静态取流要求流要求动态需求评价动态需求评价调整受电弓静态抬升力，对动态调整受电弓静态抬升力，对动态 接触压力进行测量评价接触压力进行测量评价几何需求评价几何需求评价测量接触线拉出值并给予评价测量接触线拉出值并给予评价第四十五页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 46弓网关系评价(pngji)案例(4)第四十六页，共61页。SWJTU OCS2006.11.2Page 47弓网关系