电气化铁道 2000年第2期
受电弓与接触网间接触压力的分析
王 宁 单圣熊
摘要:介绍了几条电气化铁路受电弓与接触网间(以下简称弓网间)接触压力情况,并根据接触网检测车的检测结
果对其进行分析。
关键词:弓网间接触压力 标准偏差 受流质量 近年来,许多国家高速电气化铁路发展较快,我国对高速电气化铁路也展开了许多研究工作,在高速电气化铁路系统中,与列车速度直接相关的是弓网受流系统,即在列车高速运行时,必须保持稳定的受流状态,即受电弓与接触线间要有一定的接触压力,当接触压力过小时,易造成离线,即受电弓脱离接触线并产生电弧,当接触压力过大时,接触线抬升量过大,使接触线局部弯曲,引起接触线疲劳损伤,同时使接触线磨耗增大,严重时造成弓网事故,因此,为发展我国的高速铁路接触网技术必须掌握测量弓网间垂直接触压力的技术。
目前,我国弓网间接触压力的实际测量数据十分缺乏,这方面的数据主要来源于德、法、日等国,不适合我国对弓网间接触压力的研究和受流质量的分析,同时不利于我国引进恰当的接触网悬挂系统。
为提高接触网的施工质量,电化局于1997年引进了当今世界上先进的接触网检测车,此车不仅能够检测接触网的静态特性,还能检测接触网的动态
特性,该车可以准确地测量弓网间垂直接触压力和弓网间水平摩擦力,测量冲击加速度、列车速度等其它相关参数,电化局采用该车对南昆线、京郑线、广深线、湘黔线等多条接触网线路进行检测,为探讨弓网间的关系,可以利用这些检测数据进行分析。
1 检测设备
接触网检测车的检测弓采用WBL)85型高速受电弓,双滑板结构,具有重量轻、跟随性好等特点,接触式检测系统在受电弓滑板与支架之间安装4个垂直载荷传感器和4个水平载荷传感器,由隔离变压器为传感器供电,传感器检测到接触压力信号后,经安装在车顶上部数据采集系统放大滤波、光电转换,由光缆将该信号传输到下部数据处理器中,下部数据处理器将光信号转变为电信号,再送到主计算机,可检测到弓网间的接触压力、水平摩擦力和其它相关参数等,并将其打印出来。
2 检测数据的采集
表1 线路编号:2007,检测区段:广州东)深圳,检测设备:SY00970接触网检测车,检测时间:199816.322点29分,检测记录文件:199806031S01,检测方式:接触式检测,温度:2717e,产生检测报告时间:19981614里程km9013601432901495901551901603901650901714901776
线路超高mm-12-10-10-10-10-10-9-10
跨距m586356524762
速度km/h8282828382828383
拉出值mm上定位点-259176-284223-290213-261218
跨中最大176-284223-290213-261-291-247
定位点176-284223-290213-261218-247
跨中最小56035619561256225594558656035617
导高mm跨中最大56245631562656305626562656225627
定位点56235619562556235626560756225620
跨中最小6363676260605667
接触压力N跨中最大114105114122116114130112
定位点8672808294868493
杆号79818385879193
接触网检测车先后对南昆、广深、京郑、湘黔等
王 宁:电化局接触网检测中心,工程师,电话:65621(襄樊)单圣熊:电气化工程局,教授级高工,电话:47653(北京)
线多条接触网线路进行检测,根据检测各区段的打
)22)受电弓与接触网间接触压力的分析 王 宁 单圣熊 2000年第2期
印报告,针对不同的速度确定采样区段,参考对应的打印曲线、记录数据计算。检测的打印报告见表1。 接触网检测车主要在接触网竣工前进行冷滑检测,其试验时间较短,受现场施工工期和运营计划的影响,没有时间对同一条线路采用不同的恒定速度进行检测,基本上是根据开通时间对接触网进行冷滑检测,因此,只能对某一段接触网以基本恒定的速度进行检测。接触压力是按高斯定律分布的,其标准偏差值在平均值上下波动,并对采样区段相应的接触压力平均值、标准偏差、最大接触压力、最小接触压力等参数进行计算。
1n
接触压力平均值:F=2F
ni=1i
表2
速度km/hNFFminNFmaxNRfN
3576107551861266173
4077111511531021678152
45761054012911118111192
45隧道内
761163713711312712193
1n2
接触压力的标准偏差:Rf=2(Fi-F)
ni=1
最大接触压力:Fmax=F+3Rf最小接触压力:Fmin=F-3Rf对于每一区段的采样个数基本上为40~50个,对于个别区段如隧道和速度太低区段采样个数为20~30个,经过仔细的计算,各区段的悬挂参数和计算数据如表2、表3所示。211 南昆线
悬挂参数:悬挂形式为简单链型悬挂;正线接触线采用LXGJ-79+TCG-110;隧道接触线采用TJ-95+TCG-110;正线补偿张力25kN;结构高度113m。
南昆线接触压力参数表
507710213811117411156
50隧道内781735013810710145
55791494510911318811147
55隧道内831704513312210712179
60791194612010717010133
212 京郑线
悬挂参数:悬挂形式为简单链型悬挂;正线接触
表3速度km/hFNFminNFmaxNRfN
207315353140941666171
3074183481131011538190
4077175531631011638104
5079121541741031698116
607515548110
线采用进口银铜导线;结构高度111m;正线补偿张力30kN。
758318215812511413176
80831814815911910311174
847917934194124114195
87821593918412513414125
801944211211917612194
97851943911813210015147
京郑接触压力参数表
1031009115
根据京郑线的接触压力计算表画出对应的接触压力曲线图,如图1所示。
213 广深高速线
悬挂参数:悬挂形式为简单链型悬挂;接触线采用进口银铜120导线;高速段结构高度114m;补偿张力为20kN+15kN;中速段结构高度111m;补偿张力为17kN+13kN。
表4
区段类型FNFminNFmaxNRfN
直线791795110210814158
广深高速线接触压力参数表
高速段曲线184184631691051997105
曲线286179591161141429121
曲线3771454218511210511153
中速段直线771243913811511012162
曲线86123561461161009192
注:取样速度全部为80km/h
图1 京郑线接触压力检测曲线
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3 根据检测数据分析
根据各线检测的接触网参数曲线、打印的检测报告和采样数据的计算参数,对这几条电气化铁路的接触压力分析可归纳为以下几条:
(1)从图1及表3对京郑线弓网间接触压力参数的分析如下,30km/h时F=74183N,Rf=8190N;75km/h时F=83186N,Rf=13176N;97km/h时F=85194N,Rf=15147N。随着列车速度的不断增加,弓网间接触压力也逐渐增大,平均接触压力、接触压力标准偏差也逐渐加大。
(2)在相同的速度下,南昆线同京郑线比较,40km/h时,南昆线Rf=8152N、Fmin=51153N、Fmax=102167N,京郑线Rf=8104N、Fmin=53163N、Fmax=101163;50km/h时,南昆线Rf=11156N、Fmin=42138N、Fmax=111174N,京郑线Rf=8116N、Fmin=54174N、Fmax=103169N;60km/h时,南昆线Rf=10133N、Fmin=46120N、Fmax=107170N,京郑线Rf=9115N、Fmin=48110N、Fmax=103100N。南昆线的标准偏差始终要大一些,决定标准偏差大小的主要因素是接触网的弹性不均匀度。标准偏差大造成弓网间接触压力的变化加大,加快了导线和受电弓的磨损,南昆线的最大和最小接触压力比京郑线的数据变化大也说明这一点。从接触压力分析,京郑线比南昆线的弓网接触质量要好。
(3)从广深高速线来看,高速段直线上F=79179N、Rf=9158N,中速段直线上F=77124N、Rf=12162N,高速段与中速段的平均接触压力相差不大,但标准偏差要略小一些,与检测曲线和打印报告相结合,高速段的接触压力变化较小,说明35kN的大张力补偿对改善弓网接触质量是有效的,高速段比中速段的弓网接触质量要好。
(4)就计算的最小接触压力而言,无论广深、京郑、南昆线都存在最小接触压力小于40N的情况,随着速度的提高,最小接触压力减小,经电化局接触网检测中心检测的线路在速度增大时,检测到的最小接触压力存在小于40N的个别跨,检测车采用的静态接触压力为70N,对于高速接触网是否有必要将静态接触压力提高到80N应进一步探讨。
(5)从南昆线的检测结果来看,45km/h时,隧道外Rf=11192N,隧道内Rf=12193N;55km/h时,隧道外Rf=11147N,隧道内Rf=12179N。隧道内的接触压力变化要大一些,改善隧道内的弓网接触质量是设计、施工的努力方向。
(6)京郑线是我国施工标准要求较高的线路,导线也采用了进口导线,从计算结果来看,当列车速度超过80km/h时,计算的最小接触压力减低到40N左右,且标准偏差增加较快,京郑线如果要提速,接触网要做相应的调整,改善弓网接触质量,延长接触网的使用寿命。
(7)根据京郑线、湘黔线、北京环线的试验结果来看,导线的质量对弓网接触质量有明显的影响,虽然在低速情况下不影响取流,但从检测到的接触压力曲线和数据上看,国产导线与进口导线仍存在一定的差距。
4 结束语
经过对多条电气化铁路弓网间接触压力的检测,接触网的相关数据也在逐渐积累,希望能够通过分析,判断受电弓与接触网的接触质量,有利于进一步制定我国弓网间接触压力的评价标准,为我国的高速铁路接触网设计、施工积累经验。
来稿日期:1999)09)20
ZKDK型电气化铁道用串联电抗器通过铁道部科技成果鉴定
由铁道部第二勘测设计院电化处、电气化工程局科研所和苏州胜天特种电器厂共同开发研制的/ZKDK型电气化铁道用串联电抗器0于2000年4月22日在北京通过了铁道部科技成果鉴定。
该设备在电气化铁道供电系统中与并联电容器配套使用,可以改善功率因数,吸收部分高次谐波,并电容器投切时的涌流,生产中采用小截面的圆铝导线绕制线圈,减少了设备的涡流损耗和提高了绝缘特性。用环氧树脂浸渍过的长玻璃丝包封,并加以整体固化处理,保证了设备的性能和质量。经国家电力部门无功补偿成套装置质量检验测试中心检验,各项技术指标均符合技术条件要求。在南昆线一年多的试运行,工作正常,状态良好。来自铁道部鉴定中心、建设司、运输局、工程总公司、铁科院、第一、三、四设计院、北京、郑州铁路局和神华集团等单位的30多名代表对该设备给予了充分的肯定,认为该设备线性度好、工艺先进、结构合理、噪声低、维护量小。达到国内同类产品的先进水平。
电化局科研所 黄 炜供稿
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