北京地铁14号线弓网动态相互作用性能研究

2015 年第 2 期 2015 年 3 月 10 日
机 车 电 传 动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES
№ 2, 2015 Mar. 10, 2015
城
北京地铁 14 号线弓网动态
市 轨
相互作用性能研究
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张会青 ，王 淼 ，汤长春 ，方 岩
车
（1. 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心，山东 青岛 266111；
收稿日期：2014-09-10；收修改稿日期：2014-12-29
系进行优劣评Βιβλιοθήκη ；通过测量运行在北京地铁 14 号线上 的受电弓动态特性参数，分析其在刚性接触网区段的 动态行为。
1 基本情况介绍
北京地铁 14 号线采用架空接触网方式向地铁车辆 供电。隧道内为刚性接触网（又称架空接触轨），如 图 1 所示；隧道外为柔性接触网（双接触线），如图 2 所示。供电系统采用 DC 1.5 kV 电压制式。地铁车辆 采用 QG-120（B-BJL14）型单臂受电弓与接触网滑动 接触取得电能，每 6 辆车编成一组，同时升起 2 架受
辆
2. 株洲南车时代电气股份有限公司 技术中心，湖南 株洲 412001；
3. 西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)
摘 要 ：对北京地铁 14 号线弓网性能进行了分析研究。介绍了弓网测量系统的工作原理，结 作者简介：张会青 (1972-)， 男， 高 级 工 程 师， 主 要 从 事
弓 网 系 统 燃 弧 产 生 的 原 因， 大致分为 4 种情况：
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①受电弓的动态跟随相对偏离设计要求较大； ②接触网的设计参数选用不合理； ③弓网配合出现了问题； ④受接触网本身固有特性影响。 受电弓带电通过接触网锚段关节、分段绝缘器和 刚柔过渡点处的燃弧属于弓网的固有特性。为降低燃 弧发生的频率，通过合理地优化弓网参数，如将绝缘 锚段关节尽量设置在进站区段，则集流量较出站时小， 可适当降低燃弧时间，避免不必要的温升对接触网的 零部件机械强度的破坏情况。左线运行时，单次最长 燃弧时间为 629 ms，最多燃弧次数为 140 次，最大离 线率为 0.227%；右线运行时，单次最长燃弧时间为 164 ms，最多燃弧次数为 44 次，最大离线率为 0.062%， 燃弧的最小统计时间为 5 ms。左线测试的燃弧率略高 于 EN 50367 中关于燃弧率的要求，右线运行测试的燃 弧率满足 EN 50367—2006 中条款 7 关于燃弧率的要求[4]。 试验期间弓网燃弧的照片如图 8 所示。
合测试数据，对接触力分布、接触力最值、弓头振动加速度、受电弓与接触网燃弧现象、定位点处 城轨地铁电气系统的研发工 接触网的高度和拉出值等测试结果分别进行了分析。研究表明：列车在加速区段和通过锚段关节、 作。
线岔、分段绝缘器及刚柔过渡区域时，弓头振动加速度变大，接触力突变，局部线路弓头振动加速
度有突变现象。
3.2 接触力最值 受电弓按实际行车测量方向，即左线上行、右线
下行时，接触力最大、最小值分布在 0~300 N 范围内， 满足 EN 50119—2001 条款 5.2.1.2 中关于接触力动态范
围的要求。 实 测 结 果 显 示， 受 电 弓 在 左
线按与实际行车方向反向运行时， 部分接触力大于 300 N，经对照接 触网施工图纸核实确认为接触网 通过锚段关节时，由于受电弓弓 头振动速度增大导致弓网接触力 的惯性力增大，弓网接触力大于 300 N 的数据仅占本次测试数据的 0.002 14 %。 3.3 弓头振动加速度
图 5 左线上行弓网接触压力分布曲线
图 6 左线下行弓网接触压力分布曲线
上行方向，右线为下行方向；测试时，为确认受电弓 在相同线路条件下不同运行方向运行时的平均接触力 的变化能否满足标准的要求，在左线试验时，按列车 实际运营的相反方向运行，采集弓网接触力数据，即 接触力分布曲线中的左线下行的数据。
图 7 右线下行弓网接触力分布曲线
Keywords: Beijing metro line 14; pantograph catenary performance; contact force; pantograph; pantograph catenary test system; test analysis
0 引言
北京地铁 14 号线是北京市第 1 条采用 A 型地铁 车辆由接触网供电的地铁线路。该线路南起丰台区张 郭庄站，北至朝阳区善各庄站。西段已于 2013 年 5 月 5 日开通，并直接服务于北京园博会，东段 2014 年 12 月开通。列车采用了 6 编组 4 动 2 拖，每列车设置 2 台受电弓。为了更好地匹配弓网相关的参数，本文对 弓网动态性能进行正线试验分析。通过测量北京地铁 14 号线受电弓与接触网相互作用性能参数，对弓网关
第 2 期
张会青，王 淼，汤长春，方 岩：北京地铁 14 号线弓网动态相互作用性能研究
正线行车测量前需要对受电弓进行静态接触压力 的重新标定，并将软件数据库进行更新。为获得最精 确的受电弓静态接触压力，现场采用受电弓升起后， 使用弹簧秤测量受电弓的静态接触压力。
测试系统的构建和传感器的标定满足 EN 50317 中 条款 6、7、8 中关于弓网接触力、 几何参数测量、燃弧测量规定的 要求 [3]。
3 系统试验及结果分析
3.1 接触力分布 左线弓网接触力分布运行测
量曲线如图 5、图 6 所示，右线弓 网接触力分布运行测量曲线如图 7 所示。左线和右线从整体趋势 上看，随运行速度增加，接触力 标准偏差增大，平均值变大，数 据分散加大，接触力平均值处于 120±10 N 的范围内。受电弓开口和闭口两个不同方向 运行时，平均接触力的偏差控制在 5 N 以内。运行测 量结果满足 EN 50206-2 附录 B 中关于受电弓静态接触 力偏差的要求 [2]。北京地铁 14 号线实际运行中左线为
根据 EN 50119—2001 条款 5.4.1，要确认接触网在 给定运行速度条件下是否能够满足标准参数的要求， 最恰当有效的措施是对全线接触网进行运行检测。这 既可以采用测量接触线—受电弓之间接触力的方法， 也可以采用测量离线（loss of contact）的方法。接触网 的检测运行应在已经竣工的接触网上，通过配备有检 测设备的车辆 / 受电弓来实施。该检测设备应尽可能减 少对检测受电弓的影响。因此，该测试系统设计中同 时测量弓网接触力和燃弧参数 [1]。
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电弓取流。刚性接触网采用银铜合金接触线。接触线 嵌入其上方的汇流排，汇流排通过绝缘子固定在隧道 顶部。北京地铁 14 号线隧道及隧道上部的刚性接触网 如图 3 所示。
图 1 刚性接触网所用接触线截面
图 2 柔性接触网所用接触线截面
电流工况，受电弓弓头安装 4 条浸金属碳滑板，滑板 与弓角采用框架式的结构，每条滑板宽度为 42 mm。 滑板托架是安装滑板的基座，由铝合金材料制成，使 用特殊的粘结剂将滑板与滑板托架粘结在一起。受电 弓的底架通过 4 个绝缘子固定在动车顶。
3. School of Electrical Engineering, Southwest Jiactong University, Chengdu, Sichuan 610031, China)
Abstract: The pantograph catenary performance of Beijing metro line 14 was analyzed and studied. Pantograph catenary working principle of the measurement system was introduced, and combined with the test data, the distribution of contact force, contact force's the most value, pantograph head vibration acceleration, pantograph and catenary arc phenomenon, the height of the catenary anchor point and the pulling value test results were analyzed respectively. Research showed that: when the train was in accelerating section and through the anchor segment joints, line bifurcation, section insulator and soft transition area, vibration acceleration of pantograph head turned great, and contact pressure and the pantograph head vibration acceleration of local line had mutation phenomenon.
关键词：北京地铁 14 号线；弓网性能；接触力；受电弓；弓网测量系统；试验分析
中图分类号：U231；U225.3 文献标识码 ：A
文章编号：1000-128X(2015)02-0099-04
doi：10.13890/j.issn.1000-128x.2015.02.024
Study of Pantograph Catenary Dynamic Interaction Performance for Beijing Metro Line 14
结合弓网运行录像和检测数 据，列车在加速区段和通过锚段 关节、线岔、分段绝缘器及刚柔 过渡区域时，弓头振动加速度变 大，局部线路弓头振动加速度有 突变现象，弓头振动加速度瞬间 最大值为 1.85g。