接触网建设-高速铁路接触网动态性能

高速铁路接触网动态性能概述第一章弓网关系的主要问题第二章接触悬挂的最大太升量与动态包络线第三章第四章概述01概述概述高速电气化铁路必须具有的三大要素：（1）具有很高强度的铁路线路及轨道；（2）具有能适应高速铁路速度性能的机车和车辆；（3）具有能适应高速运行条件的接触网及与之相匹配的受电弓；高速受流是指高速运行中的受电弓通过与接触线的滑动接触获得电能并传给电力机车的过程。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，维持弓网间良好接触越困难，受流质量随之下降。当速度超过系统正常允许范围以上时，受流性能会严重恶化，甚至影响列车正常运行。高速电气化铁路不能沿用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。概述概述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者间的相互作用。高速运行时，对接触悬挂的要求：（1）具有能够传递强大的牵引电流的能力。（2）沿跨距内，接触线对轨面的高度相对一致，受电弓沿接触线的运行轨迹基本是水平状态。（3）在受电弓的抬升力作用下，甚至在双弓冲击力作用下，接触悬挂不发生较大振幅的低频振动。高速运行时，对受电弓的要求:具有良好的跟随性。接触悬挂与受电弓在性能上的良好匹配是动态受流的一个重要因素。不同的接触悬挂,它只适配相应性能的受电弓,反过来亦然,一旦受电弓的性能决定之后,只有与它相适配的接触悬挂类型,才能得到满意的受流结果。接触网和受电弓的相互作用高速接触网的振动特性弓网关系的主要问题02弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性振动系统移动负荷动态接触接触点（纽带）固定设备移动设备弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性弓网关系评价指标评价相互作用动态耦合评价评价移动设备固定设备接触点弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量，都称之为振动。力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动。描述振动的量：位移、速度、加速度等弓网系统的振动为随机振动——只能用数理统计的方法加以研究。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、列车车体的振动以及风力等因素均参与作用。弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性（1）与接触网振动有关的因素：静态因素接触网的弹性（弹性——单位垂直作用力引起接触线的抬升，与跨距成正比，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）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，与接触网的施工精度有关。动态因素受电弓的跟随特性：与受电弓工作高度有关。受电弓的空气动力特性：与受电弓数量及间距有关。弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性接触网的弹性比较弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性（2）接触悬挂的静抬升量定义指在某力缓慢向上接触处于静止状态的接触悬挂并向上举到不能在向上运动时，接触线所能抬升的高度与静态高度的差。影响接触网抬升量的因素悬挂结构、线索张力、跨距大小、受电弓抬升力。变化规律及应用跨中抬升量大，定位点处抬升量小；两吊弦间的抬升量大，吊弦点处的抬升量小，悬挂的弹性不均匀的。减少因吊弦引起的弹性差的方法：合理布置吊弦间距；严格控制施工误差；因跨中和定位点的抬升量差异，目前还没有很好的解决之道。弓网关系的主要问题高速接触网的振动特性（3）高速接触悬挂抬升量的相关标准《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定（下）》4.4.4款规定：悬挂点抬升量，不采用限位定位器时，应按不小于2倍的最大抬升量进行安全校验；采用限位定位器时，应按不小于1.5倍的最大抬升量进行安全校验。标准的解释

悬挂类型不同，抬升量不同，因此、该规定没有具体说明抬升量应该取为多少，而只是给出了一个倍数关系，中国的试验研究和实际数据，抬升量的最大值可达150mm左右。日本最大抬升量取为100mm；德国最大抬升量取为为150mm。考虑到定位器尺寸和式样、悬挂类型、动车组及受电弓特性等多种因素，中国各设计单位均采用了一个比较保守的数据，即最大抬升量取为200mm。接触网和受电弓的相互作用高速接触网的振动特性弓网关系的主要问题02弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用接触线与受电弓的相互作用决定供电可靠性和供电质量。起相互作用依赖于受电弓和接触网的设计方案及大量的参数。弓网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，与此同时要求接触线和滑板的磨耗保持尽可能低的程度。（1）接触线与滑板的匹配接触线和滑板的使用寿命取决于：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；牵引车辆的速度；线路处于隧道或区间的环境系数。（2）弓网接触压力弓网接触压力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就使接触线有一定的抬升量。弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用实际上，沿接触线锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身。随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大，为了保持受电弓滑板沿着接触线并不间断地与接触线接触，接触压力的值必须保持在一定范围，即动态范围。弓线间的平均接触压力Fm为：弓网接触压力与运行速度的关系曲线弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用（3）动态接触压力分力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与弓头上下振动的加速度之积为动态接触压力分力。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。所谓受电弓的归算质量，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，它与受电弓弓头具有相等的垂直加速度。归算质量不是一个常数，与受电弓的升高程度有关。弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用弓网接触力FAERFDYNFRF0FRFwindF=F0±FR+FAER±FDYN受电弓设计接触网、轨道等弓网接触力F——受电弓垂直作用到接触网上的力静态接触力F0——停车时，传动机构使受电弓垂直作用到接触网上的力磨擦力FR——关节间磨擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力FAER——气流对受电弓的作用力动态分力FDYN——由垂直振动引起的惯性力弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用为评价弓网接触质量，应计算一个控制段内接触力的如下统计值。（控制区段应不短于一个锚段）弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用标准偏差越小，弓网接触力离散性越小，弓网系统运行越平稳，最高速度下的标准偏差不大于0.3Fm。EN50119要求的接触力最大值和最小值如下表：动态接触力的极值（一般认为大于1.8Fm），多出现在接触网不规则的地方，比如：——不均匀抬升量——接触线安装缺陷——接触线的缺陷——单一质量块（集中负载）弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用离线率及持续时间离线意味着断电，因而伴随着火花电弧的产生。这种现象除对沿线通信线路产生干扰外，还会加剧受电弓滑板与接触线的磨耗，严重时甚至会中断接触线对电力机车的供电。离线的原因是多方面的，但是起决定性影响的是受电弓和接触悬挂的质量，故离线就成了衡量受流质量、受电弓及接触悬挂质量的重要指标。离线检测装置就是获得这项指标的测量设备。离线是受流质量恶化的重要特征之一。体现这一特征的指标是离线率，可表示为：式中T——在测量区间内受电弓通过的时间；ΣTs——在测量时间T内，受电弓滑板从接触线上脱开的时间的总和。弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用发生离线时有如下特征：（1）机车受电弓在牵引状态下离线时会产生电弧，发出强烈的紫外线光；（2）离线时伴有高频电磁波产生；（3）测量用受电弓（不取流的受电弓）离线时产生火花，火花电流变化陡峭。（4）测量用受电弓离线时，受电弓与接触线间的电阻变大。固然利用上述四种特征都检测出离线信号，但分析以上四种特征，选择哪一种作为离线的依据好呢？这里有一个条件和准确度的问题。在利用第一种特征作为测量的依据时，就必须把测量设备装在机车上，而接触网其他参数的测量设备是装在试验车上的，这就不便于同时集中记录各项参数。若利用第二种特征作为测量的条件时，就必须试制选择性极高，防干扰能力特强的接收装置，一是难度较高，二是效果不一定好。弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用利用第三种特征作为测量的依据时，则存在一个严重的问题，就是当机车在惰行（即不取流）中离线时也有高频火花产生。利用火花电流变化陡峭的第三种特征制造的装置，不能有效地防止来自机车的干扰，且在接触网无电时又不能测量。因此，这里介绍的我国研制的JLY-1型离线检测装置是利用第四种特征，即利用离线时受电弓与接触导线间电阻变大的基本原理，来实现离线的测量。弓网关系的主要问题接触网和受电弓的相互作用从图C的等值电路可以知道，当受电弓与接触线接触时，由CG—受电弓—CD构成的支路与检测装置J并联。由于此支路的US的阻抗很小，就旁路流入J中的电流，使J中的电流很小。在离线时，CG—受电弓—CD支路中的阻抗变大，US产生的电流大部分流入J中。且此时产生的高频火花电流（亦可看成一个信号源US）也通过CG、J和CD构成的回路，使J中电流增大，明显地区别了“接触”和“离线”两种不同的状态。概述第一章弓网关系的主要问题第二章接触悬挂的最大太升量与动态包络线第三章接触悬挂的最大太升量与动态包络线接触悬挂的最大太升量与动态包络线在接触网支柱上安装固定的测量装置测量受电弓通过时定位点处接触线的抬升，运用于以下情况动态评估时，确认弓网系统的方案设计是否符合标准要求：（1）确定新型车辆或受电弓的最高允许速度。（2）商业运营中固定监测受电弓。在正常运行条件下及最大跨距时，定位处的抬升应由弓网系统设计人员进行计算机仿真：（1）采用非限定式定位器，抬升量应至少是仿真值的2倍。（2）采用限位式定位器，抬升量应至少是仿真值的1.5倍。（3）定位点处接触线的抬升量，不得超过定位器设计的最大抬升量。最大抬升量与弓网接触力和接触线的波动等相关，对于某一速度的列车，抬升量任何明显的增加和减少，均表明有干扰或受电弓缺陷。这些缺陷可能由以下原因造成：接触悬挂的最大太升量与动态包络线接触悬挂的最大太升量与动态包络线空气动力的过高或过低，由于风挡调节不当或损坏、受电弓倾斜引起的接触滑板间接磨耗。静态接触压力过高或过低，由于静态接触压力调节不当、因磨损超过极限等原因造成接触滑板质量的有较大变化。接触压力的