連續(xù)紅花原因分析

連續(xù)紅花原因分析

1弓網(wǎng)離線性能隨著我國(guó)鐵路客運(yùn)加快和高速鐵路運(yùn)行的研究，接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)輸出性能的要求不斷提高。電氣化鐵路的弓網(wǎng)受流系統(tǒng)必須滿足以下要求:保證功率傳輸?shù)目煽啃?保證受流系統(tǒng)的運(yùn)行安全性;具有良好的受流質(zhì)量;保證受流系統(tǒng)的使用壽命;減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。接觸網(wǎng)—受電弓系統(tǒng)的理想運(yùn)行狀態(tài)是弓網(wǎng)可靠接觸,無(wú)離線、無(wú)火花,機(jī)車不間斷地從接觸網(wǎng)上獲得電能。弓網(wǎng)離線火花是影響功率傳輸、接觸線及受電弓滑板磨耗、電磁干擾的重要因素。因此,改善弓網(wǎng)受流性能的重要方面通過(guò)優(yōu)化接觸網(wǎng)和受電弓參數(shù),合理選擇導(dǎo)線材質(zhì),減少弓網(wǎng)受流中的離線火花。弓網(wǎng)受流過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,包括了多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)型式和電氣狀態(tài)變化:受電弓相對(duì)于接觸導(dǎo)線的滑動(dòng)摩擦;受電弓垂向振動(dòng);受電弓由于機(jī)車橫向擺動(dòng)而形成的橫向振動(dòng);接觸網(wǎng)垂向振動(dòng),并形成行波沿導(dǎo)線向前傳播;受電弓和接觸導(dǎo)線之間發(fā)生的水平和垂直方向撞擊;弓網(wǎng)離線發(fā)生電弧,機(jī)車電流發(fā)生劇烈變化等。隨著列車速度的提高,各種運(yùn)動(dòng)加劇,維持弓網(wǎng)之間的良好接觸性能愈加困難,受電弓與接觸導(dǎo)線會(huì)發(fā)生機(jī)械脫開(kāi),我們稱這種現(xiàn)象為“離線”。離線發(fā)生時(shí),會(huì)伴有火花或電弧產(chǎn)生,受流質(zhì)量也隨之下降,它除對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生電氣干擾外,還將加劇受電弓滑板與接觸導(dǎo)線的磨耗,離線嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)绊懥熊嚾×骱驼＿\(yùn)行。2弓網(wǎng)受流質(zhì)量受影響近幾年,隨著我國(guó)提速和高速鐵路的發(fā)展,對(duì)接觸網(wǎng)懸掛型式和接觸導(dǎo)線材質(zhì)進(jìn)行了廣泛深入的研究,并引進(jìn)了幾種型式的高速受電弓,以提高弓網(wǎng)受流質(zhì)量。然而,隨著列車速度的提高,對(duì)弓網(wǎng)的受流質(zhì)量產(chǎn)生影響。多次發(fā)生長(zhǎng)區(qū)段弓網(wǎng)運(yùn)行中連續(xù)出現(xiàn)火花現(xiàn)象,出現(xiàn)這一問(wèn)題后,一時(shí)難以找到原因和解決問(wèn)題的辦法,往往造成有關(guān)單位的扯皮和抱怨,還會(huì)造成材料的浪費(fèi)和施工進(jìn)度的延期。下面就近幾年發(fā)生的幾次典型現(xiàn)象進(jìn)行說(shuō)明。2.1對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果1996年在鐵道科學(xué)研究院北京環(huán)形試驗(yàn)基地,接觸網(wǎng)采用同樣的結(jié)構(gòu)和參數(shù),接觸線一段采用國(guó)產(chǎn)的,一段采用進(jìn)口的。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn),國(guó)產(chǎn)接觸線區(qū)段的受流質(zhì)量不如進(jìn)口接觸線區(qū)段的受流質(zhì)量好,在試驗(yàn)中,國(guó)產(chǎn)接觸線區(qū)段出現(xiàn)了連續(xù)小火花,離線參數(shù)測(cè)量表明,此區(qū)段出現(xiàn)大面積的連續(xù)小離線,離線試驗(yàn)波形圖如圖1所示。發(fā)生此現(xiàn)象后,一時(shí)找不到解決方法,為保證1997年1月高速試驗(yàn)的順利進(jìn)行,不得不將國(guó)產(chǎn)接觸線換上進(jìn)口接觸線,消除了連續(xù)火花現(xiàn)象。2.2連續(xù)的火山現(xiàn)象在京廣線武昌至廣州段的某些區(qū)段,同樣存在電力機(jī)車運(yùn)行中出現(xiàn)弓網(wǎng)間連續(xù)的火花現(xiàn)象。2001年接觸網(wǎng)試驗(yàn)車對(duì)武廣線進(jìn)行了接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)連續(xù)火花時(shí),受電弓滑板受到的沖擊加速度增大,即出現(xiàn)連續(xù)小硬點(diǎn)。表1給出了出現(xiàn)連續(xù)火花區(qū)段和一般區(qū)段的硬點(diǎn)測(cè)量比較結(jié)果。2.3秦沈線鎂銅接觸導(dǎo)線段在2002年下半年,秦沈客運(yùn)專線高速試驗(yàn)中,鎂銅接觸導(dǎo)線區(qū)段,出現(xiàn)連續(xù)火花現(xiàn)象,引起了有關(guān)單位的重視,對(duì)此,進(jìn)行了多次的研究,并在增加接觸導(dǎo)線張力的情況下進(jìn)行了試驗(yàn),但還是出現(xiàn)連續(xù)火花。這給高速鐵路接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和接觸導(dǎo)線的選型提出了新的課題。圖2的圖像給出了秦沈線鎂銅接觸導(dǎo)線區(qū)段發(fā)生離線的現(xiàn)象。在測(cè)試受電弓滑板受到的垂向加速度(硬點(diǎn))和縱向加速度(沖擊)參數(shù)時(shí),銀銅接觸線區(qū)段和鎂銅接觸線區(qū)段的測(cè)試數(shù)據(jù)和信號(hào)波形有明顯的區(qū)別,圖3和圖4分別給出了這兩種接觸線交接處硬點(diǎn)和沖擊的波形圖。秦沈線高速試驗(yàn)后,試驗(yàn)人員對(duì)接觸網(wǎng)和受電弓進(jìn)行了仔細(xì)的檢查,發(fā)現(xiàn)接觸導(dǎo)線沒(méi)有發(fā)生較大的燒蝕點(diǎn),但受電弓滑板的鋁合金托架有明顯的燒蝕麻點(diǎn)(燒損和焊珠)。上述3次試驗(yàn)發(fā)生弓網(wǎng)連續(xù)火花的現(xiàn)象有其共有的特征:(1)一進(jìn)入特定導(dǎo)線區(qū)段,連續(xù)火花立即發(fā)生,離線和受電弓振動(dòng)加速度增大的特征非常明顯。受電弓駛出特定區(qū)段,火花變小或消逝。(2)弓網(wǎng)連續(xù)火花發(fā)生地點(diǎn)重復(fù)性強(qiáng),在多次試驗(yàn)的情況下,火花特征基本一樣。3受電弓滑動(dòng)與接觸導(dǎo)線剝離弓網(wǎng)受流過(guò)程中發(fā)生連續(xù)火花,說(shuō)明受電弓滑板與接觸導(dǎo)線在運(yùn)行中發(fā)生了脫離,瞬時(shí)切斷了電流,引起電弧。我們對(duì)造成這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析。3.1受電弓接觸網(wǎng)振動(dòng)的振動(dòng)方程接觸網(wǎng)和受電弓在高速運(yùn)行中形成了一對(duì)動(dòng)態(tài)振動(dòng)系統(tǒng),兩個(gè)子系統(tǒng)相互激勵(lì),各自又有自己的固有振動(dòng)參數(shù)。當(dāng)弓網(wǎng)振動(dòng)不匹配,接觸壓力為零時(shí),造成受電弓滑板脫離接觸導(dǎo)線,即“離線”。接觸壓力變化的主要原因是由于接觸導(dǎo)線懸吊點(diǎn)周期的彈性變化、吊弦間接觸線的弛度及導(dǎo)線高度不平順?biāo)隆閺睦碚撋戏治鼋佑|線波動(dòng)對(duì)接觸力的影響,本文按圖5的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。將接觸線作為無(wú)限長(zhǎng)的弦處理,不考慮其彎曲剛度。受電弓用彈性質(zhì)點(diǎn)表示,假定不脫離接觸線。y、x、t分別表示接觸線的上下位移、位置和時(shí)間,受電弓以速度v運(yùn)行。ρ、T、F分別表示接觸線的線密度、張力、接觸力,接觸線的波動(dòng)方程用下式表示,δ是狄拉克函數(shù)。ρ?2y?t2?T?2y?x2=Fδ(ξ)(1)ρ?2y?t2-Τ?2y?x2=Fδ(ξ)(1)將上式以受電弓位置為原點(diǎn)的移動(dòng)坐標(biāo)系ξ=x-vt變換,得下式ρ?2y?t2?2ρv?y?tδξ?(T?ρv2)?2y?ξ2=Fδξ(2)ρ?2y?t2-2ρv?y?tδξ-(Τ-ρv2)?2y?ξ2=Fδξ(2)從受電弓左側(cè)(ξ為負(fù)的方向),考慮以振幅B1、振動(dòng)角頻率ωb的接觸線入射波時(shí),受電弓的接觸力變化可用式(3)表示F=?i(1?β)ωbB1Zexp[i(1?β)ωbt](3)F=-i(1-β)ωbB1Ζexp[i(1-β)ωbt](3)式中Z=ZTZPZP+ZTΖ=ΖΤΖΡΖΡ+ΖΤ;β為受電弓運(yùn)行速度v對(duì)接觸線傳播速度c之比,即β=v/c;ZP、ZT分別代表受電弓和接觸線激振點(diǎn)的阻抗,i為虛數(shù)單位。分析可知,受電弓受到的接觸線入射波動(dòng)使接觸力發(fā)生變化,受電弓的接觸力變化與入射于受電弓的接觸線波動(dòng)速度和振幅成正比,受電弓和接觸網(wǎng)的機(jī)械阻抗越小,接觸力的變化越小。理論分析時(shí)假設(shè)接觸線是一無(wú)限長(zhǎng)的弦,但實(shí)際的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu),在吊弦點(diǎn)、定位點(diǎn)、下錨點(diǎn)和其他集中質(zhì)量點(diǎn)均有波動(dòng)反射,并傳播到承力索上,又對(duì)受電弓成為入射波動(dòng)。單弓或雙弓運(yùn)行工況下,受電弓均受到入射波動(dòng)。受電弓的接觸力變化受吊弦點(diǎn)等的反射波和先行受電弓(雙弓運(yùn)行時(shí))的行波等受電弓入射波動(dòng)影響。改進(jìn)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu),使入射到受電弓的接觸線波動(dòng)減少,可有效地降低高速運(yùn)行時(shí)的接觸力變化。試驗(yàn)結(jié)果表明,接觸網(wǎng)的振動(dòng)加速度在受電弓通過(guò)時(shí)為最大,其大小與列車速度成正比。接觸網(wǎng)振動(dòng)頻率范圍,跨距間單位固有振動(dòng)頻率為1Hz,吊弦間單位固有頻率約為10Hz,弓頭的固有振動(dòng)頻率及波狀磨耗周期在幾百赫茲。減少接觸網(wǎng)振動(dòng)可以改善受流性能。3.2接觸線眼底不順在導(dǎo)線不平順(有小彎)和導(dǎo)線高度變化較大處,受電弓受到導(dǎo)線不平順缺陷擾動(dòng)后,弓網(wǎng)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)可能造成離線。造成接觸線不平順的原因有下列幾個(gè)方面:由于接觸線施工放線時(shí)操作不當(dāng),造成接觸線底面不平順(或稱為硬彎);接觸線出廠時(shí)本身存在不平順等。表2給出了國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口銀銅合金接觸線底面不平順的檢驗(yàn)結(jié)果。文獻(xiàn)研究表明,對(duì)接觸線連續(xù)諧波類型的不平順,其諧波的波長(zhǎng)對(duì)弓網(wǎng)接觸力有重要影響,波長(zhǎng)為5m的正弦波對(duì)接觸力影響明顯。實(shí)際接觸線不平順的諧波類型和波長(zhǎng)很難測(cè)得,今后應(yīng)對(duì)此作詳細(xì)研究。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明,如果接觸導(dǎo)線存在不平順,不論是銀銅接觸線或是鎂銅接觸線,都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)弓網(wǎng)離線火花,不平順?lè)翟酱?離線火花越嚴(yán)重。3.3相互影響的離線電火花接觸線內(nèi)部材料金相組織應(yīng)做到顆粒細(xì)小、分布均勻,使得接觸線的剛度均勻。如果接觸線內(nèi)部存在孔洞,顆粒過(guò)大或分布不均,接觸線在加上工作張力后,造成剛度不均,受電弓滑板在沿導(dǎo)線底面摩擦?xí)r,容易受到小的沖擊,形成小的離線火花。這方面的原因應(yīng)作細(xì)致的分析試驗(yàn)研究。3.4吊弦點(diǎn)的接觸線(1)吊弦間隔的接觸線高低不平引起的周期性離線:接觸網(wǎng)相鄰吊弦點(diǎn)的接觸線高度應(yīng)一致,在接觸線有坡度要求時(shí),吊弦點(diǎn)的接觸線高度應(yīng)均勻變化。當(dāng)?shù)跸尹c(diǎn)的接觸線高低不平時(shí),將造成弓網(wǎng)離線。秦沈線銀銅接觸線的個(gè)別錨段由于吊弦長(zhǎng)度制作或安裝位置不當(dāng),試驗(yàn)時(shí)發(fā)生了同樣的離線火花。(2)接觸線的大硬彎、大質(zhì)量的零部件等造成硬點(diǎn)會(huì)引起離線。(3)接觸導(dǎo)線波狀磨耗也會(huì)引起連續(xù)小離線火花。4離線電火花的產(chǎn)生機(jī)理弓網(wǎng)運(yùn)行中,如果長(zhǎng)期出現(xiàn)連續(xù)離線火花,容易造成以下后果:(1)燒蝕受電弓滑板和接觸導(dǎo)線,增加導(dǎo)線和滑板磨耗,縮短使用壽命。(2)引起接觸導(dǎo)線的波狀磨耗,加劇離線火花的產(chǎn)生。(3)引起強(qiáng)烈電磁干擾和輻射,污染環(huán)境。5接觸網(wǎng)施工質(zhì)量控制對(duì)于受電弓—接觸網(wǎng)系統(tǒng)共振產(chǎn)生大離線的解決辦法是提高接觸導(dǎo)線的波動(dòng)傳播速度;改善接觸線定位點(diǎn)結(jié)構(gòu)、接觸線采用預(yù)留馳度、接觸網(wǎng)做到輕量化;改善受電弓的隨動(dòng)性,使受電弓輕量化,并采用緩沖阻尼裝置,改善受電弓的共振特性等。在接觸網(wǎng)施工過(guò)程中,要嚴(yán)格按照施工工藝和程序操作,特別是在接觸導(dǎo)線放線中,應(yīng)采用恒張力放線車,防止導(dǎo)線扭曲和折彎。在接觸網(wǎng)調(diào)整過(guò)程中,精確計(jì)算各吊弦的長(zhǎng)度,安裝位置要符合設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)禁施工人員踩踏接觸導(dǎo)線。施工單位應(yīng)使用技術(shù)先進(jìn)、測(cè)量精度高的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行施工質(zhì)量檢查。在研制和生產(chǎn)接觸線時(shí),除注重抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)電率等參數(shù)外,應(yīng)保證導(dǎo)線摩擦面的平直度。6弓網(wǎng)受流出現(xiàn)連續(xù)火山的原因分析與解決措施引起弓網(wǎng)受流過(guò)程中出現(xiàn)連續(xù)火花的原因很多,有接觸導(dǎo)線高度不平順;接觸導(dǎo)線底面不平順;接觸線內(nèi)部剛度不均勻;