接触网的受流理论

第七章高速接触网受流理论分析高速接触网的概念：一般将时速达200km/h或高于200km/h的电气化铁路称为高速电气化铁路，将适用于高速电气化铁路运行的接触网称为高速电气化铁路接触网或高速接触网。高速电气化铁路必须具备的三大要素：具有很高强度的铁路线路及轨道；具有能适应高速铁路速度性能的机车和车辆；具有能使用高速运行条件的接触网及与之相适配的受电弓。高速运行对接触悬挂的要求：具有能够传递强大的牵引电流的能力；沿跨距内。接触线对轨面的高度相对保持一致，受电弓沿接触线的运行轨迹基本呈水平状态。在受电弓的抬升力作用下，甚至在双弓或冲击力作用下，接触悬挂不发生较大振幅的低频振动。第一节受电弓受电弓是一个牵引电气装置，用于建立机车车辆电气设备及接触网之间的电气接触。TSG3630/25型单臂受电弓是我国运行于（准）高速线路上的主型电弓，可以适应160km/h运行速度的要求。基本结构300km/h受电弓,设计速度300km/h，适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。底架采用不锈钢焊接结构，下臂采用铸铝结构，上导杆采用碳纤维材料，弓头采用高强度的钛合金材料，上臂采用重量较轻的铝型材。300km/h受电弓的参数：设计速度300km/h落弓位伸展长度约2640mm最大升弓高度（包括绝缘子）3000mm落弓位高度（包括绝缘子）588mm弓头长度1950mm额定电压25kV额定电流1000A接触压力70–120N（可调）驱动类型气囊驱动机构升弓时间≤5.4秒（可调）降弓时间≤4秒（可调）整弓质量约109kgDSA150型受电弓，设计速度160Km/h，适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。具有DSA200型受电弓的所有特点，与DSA200型受电弓比较，DSA150上臂采用铝型材焊接结构。CED180型受电弓，设计速度180km/h，具有DSA200型受电弓的所有特点，适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。对受电弓升降弓的要求：受电弓升降弓都要求先快后慢。原因：升弓时：是为了避免对接触网所产生的有害冲击。降弓时：弓头脱离接触线时，要求其动作迅速以避免产生拉弧，当受电弓落在机车上时，不至于对车顶产生有害冲击。第二节高速接触网的技术特征1）全补偿悬挂结构；为保证接触线和承力索的恒定张力。2）整体吊弦；吊弦的发展方向：整体式和轻型化。吊弦间距一般8~12m为宜。3）设置附加预弛度；目的：期望受电弓在高速运行时，其轨迹为距轨面等高的水平线。其值根据跨距长度取/500~/10004）锚段关节；低速电气化区段，电分段锚段关节多数采用四跨绝缘锚段关节：转换点（过渡区段）在中心支柱处，容易形成硬点。高速运行时，一般采用五跨锚段关节作为电分段的形式，转换点（过渡区段）在跨中，可以有效避免硬点的产生。llforwardback四跨和五跨锚段关节的过渡区段back5）轻型定位器；采用铝合金的轻型定位器，减小了硬点，提高了定位器的灵活性。6）减小接触线坡度；高速接触网对坡度值得要求：不大于3.0%0，一般控制在1.5%0以内。7）采用自动过电分相装置。forward接触线从一个高度过渡到另一个高度时，会有一个过渡区域。在这个区域内，接触线要完成从高到低或由低到高的变化，即形成一定的倾斜度，这个倾斜度就是所谓的坡度。back第三节高速受流技术的质量性能指标高速受流：在高速运行的电力机车通过受电弓和接触线的滑动接触取得电能并传给电力机车的过程。影响动态受流的因素：接触悬挂---受电弓系统之间的接触压力（接触压力变化幅度越小，变化率越低，则动态受流质量越高；反之，越差）；接触悬挂与受电弓的匹配。质量性能指标：1、接触网悬挂的弹性和弹性系数弹性的表达式：P---抬升力y（x）---由抬升力P在x处引起的升高（mm）---接触线在x处的弹性值（mm/N）Pxyx)(xforward弹性的定义:就是接触悬挂在受电弓抬升力的作用下所具有的升高性能，即在受电弓压力的作用下，每单位垂直力使接触线的升高。用表示，单位mm/N。衡量弹性好坏的标准：弹性的大小，取决于接触线张力（链形悬挂包括承力索）的量值；弹性均匀程度，取决于悬挂结构、悬挂类型和某些附在接触线上的集中负载的集中程度。确定弹性的三种方法：弹性计算法、静态测量法、动态实测法。back对一个跨距或一个锚段，常用弹性不均匀系数表示：弹性系数K（弹性的倒数）弹性差异系数弹性差异系数分为静态和动态两种情况，表示接触网悬挂的均匀程度及性能，适应200km/h及以上速度的接触悬挂。静态值应在动态值。minmaxminmaxu)(1xyPKx%100minmaxminmaxKKKK%10%252、弓线间的接触压力弓线间的接触压力是描述在高速运行下，受电弓与接触线之间的接触程度与状态，是评价与控制受流质量的重要条件及内容。1）标准偏差值一般，接触压力最大值不应大于200N，最小值不应小于50N，平均值约为125N，偏差值约为25N。2）接触压力的平均值3）接触压力不均匀系数表征弓线间的动态接触压力状态，静态时，值应不大于10%；高速时，应控制在25%之内。%100minmaxminmaxPPPP3、受电弓的归算质量与最大振幅1）受电弓的最大振幅2e=Hmax-Hmin通常情况下，e值应该控制在150mm的范围内。2）受电弓的归算质量归算质量越小，受电弓的追随性能越好，其运行轨迹越平稳。国外一般控制在8-25kg。4、离线率及持续时间离线：受电弓与接触线产生的机械性脱开。危害：受电弓失压，接触线和受电弓间产生电弧，烧熔接触线；电压波形产生畸变，干扰无线电及通信；造成不稳定运行及弓线间的异常磨损。离线指标可以从以下几个方面考虑：离线次数；离线时间；离线率。forward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，它与受电弓滑板具有相等的加速度a，且质量所产生的动力与受电弓产生的实际动力相等。归算质量不是常数，且随受电弓的升高程度而变化。backmaPa离线次数表明弓线间机械性脱开的频率。离线时间表明每一次机械性脱开的持续时间。离线时间在0.1~60ms为小离线，大于100ms为大离线。离线率表明弓线机械脱开的时间与运行检测总时间的比值。对于高速电气化铁路，离线率一般控制在5%，最大离线时间应小于100ms。5、接触线平均抬升量及最大抬升量静态抬升量：静态(低速）状态下振动抬升量：高速+振动动态抬升量：静态抬升量+振动抬升量一般情况下动态平均抬升量控制在100-150mm范围内，最大允许抬升量为200mm。6、接触线磨损比与导线寿命1）磨损电气磨损；化学磨损；机械磨损。2）磨损比接触线通过万架弓次后，被磨去的截面积成为磨损比。3）接触线寿命7、接触线坡度指一个跨距两端的支柱悬挂处，接触线距轨面高度的高差与跨距值的千分比。随着运行速度的提高，接触线坡度要求越来越小。在200-300km/h时，应限制在千分之一到千分之三之内。olHHiBA%1000第四节高速接触网的控制参数及理论分析高速接触网的控制参数：接触网自身影响高速运行的基本因素。研究目的：保证良好、稳定地受流及使接触线具有较长的使用寿命。主要内容：1）波动速度（振动波的传播速度）运行速度为波动速度的65%~72%时，具有最佳的运行效果。结论：在时，相当于接触线的变形与接触振动波形接近一致，运行情况良好，当接近Cp时，接触线被强行弯曲变形，并产生较大应力，这不仅增加接触线的疲劳进程，而且对受流也是不利的。波动速度被一致认为是控制运行速度的重要条件，并表示为在取为0.65~0.7时具有最佳的受流效果。要想提高运行速度，必须相应提高接触线的波动速度。//mTCpvpCvpCvmaPa2）振动波的反射与反射因数r接触线的振动波在遇有非均质点（吊弦点、线夹点、分段绝缘器处）时被反射，这种反射的影响用反射因数表示。反射因数越小，表明接触悬挂的耦合性越好，其波动速度会越高。3）多普勒因数被扰动力激发的接触悬挂形成的振动波与高速运行的受电弓之间相互影响，制约及其相互作用的关系称为多普勒效应，用多普勒因数来表示。4）增强因数受电弓在高速运行通过定位点或跨距内等距吊弦点时，会周期性地激发接触线的振动，这种被激发的振动波在传播和反射中时而被增强，振幅的增强程度用增强因数表示。反射因数r、增强因数与多普勒因数之间的关系增强因数、反射因数及多普勒因数三项因素，影响较大的为增强因数。减小增强因数对改善受流质量最为有利。减小增强因数的途径是减小反射因数，即采用增大接触线张力，减小承力索张力的方法，以改善高速受流质量。5）接触线应力接触线使用应力不能超过许用应力，否则在高频振动作用下易产生疲劳断裂。6）链形悬挂的固有频率r第五节弓网动态特性分析弓网动态特性，是指高速运行时受电弓和接触线之间所表现出来的特殊性能。1）弓网接触压力的动态性能弓网接触压力的两种现象：弓网具有良好的性能并具有很好的适配性，弓网间接触压力随运行速度的增加呈非线性增长，速度越高，增长越快。弓网性能较差，高速运行时产生跳跃式振动，使受流条件极度恶化。2）动态特性的应力特性当速度低于200km/h时，随着速度的增加，其应力增加缓慢；当速度超过200km/h时，随着速度的增加，应力显著增加。3）动态特性的抬升特征4)动态特性的机理分析第六节设计参数对高速受流的影响接触线和承力索的张力对高速接触悬挂的要求：弹性小而且均匀，要求接触线和承力索的张力尽可能大。增大线索张力的两途径：增大截面积；最大横截面积150。提高使用拉力（或拉应力）跨距长度结构高度弹性辅助索的长度及张力2mm几种悬挂类型的综合比较1）从高速受流质量、波动传播速度、多普勒效应、波状磨耗、离线率比较，弹性链形悬挂优于复链形悬挂，简单链形悬挂较差。2）从结构复杂程度、工程造价、维修量比较，简单链形悬挂优于弹性链形悬挂，复链形悬挂较差。3）从弹性均匀度、受流稳定性、动态抬升量比较，复链形悬挂优于弹性链形悬挂，简单链形悬挂较差。4）运行速度为300~350km/h的高速电气化铁路，其复链形悬挂、弹性链形悬挂及简单链形悬挂等三种类型都不具有排他性，选用时只是考虑的侧重面不同。5）接触线的材质（抗拉度及线密度）在高速接触网的组成中占有特别重要的地位，在确定接触线线型时，应注意选取抗拉强度大、重量较轻的优质线材。6）高速接触网具有整体效果和耦合性能，应注意消除不均质点及不均匀张力的现象，除结构问题以外，优良的施工工艺会带来意想不到的受流效果。