电气化铁路弓网关系研究及仿真
电气化铁路动态弓网接触电阻研究
步用于动力学特性的研究。文献[6]同时建立了多种 受电弓模型，研究了受电弓划过接触网时的动力学 特性。文献[7]通过引入受电弓模型，分析了强风对 弓网动态特性的影响。文献[8]提出了受电弓控制策 略，用于改善弓网间的电能传输质量。
Keywords：electrified railway; contact resistance; catenary; pantograph; contact force
电气化铁路具有资源节约、环境友好、运量大 等特点，在世界范围内具有广泛的应用。电力机车 的电能来自于架设在铁路沿线的牵引网系统，通过 安装在列车顶部的受电弓实现电能的传输。然而， 与传统电力系统不同，接触网和受电弓之间属于滑 动接触，容易造成电能传输的不稳定[1]。一方面， 表现在弓网系统的动力学性能，弓网之间的剧烈振 动会引起接触质量的下降[2]，严重的还会导致离线 的发生，危害运行安全[3]；另一方面则表现在弓网 之间的电接触特性，弓网之间的滑动接触电阻受诸 多因素决定，影响着弓网间的电能传输质量[4]。以 下分别对二者以往的研究进行综述。
Abstract In modern traction power system, the pantograph and the catenary are used to provide electric energy for trains. The contact resistance between the pantograph strip and the contact wire affects the transmission quality of electric energy. This paper firstly analyses the influence of some factors on the contact resistance based on the contact resistance model. Then considering the shortfalls of previous studies, the dynamic theory is used to construct the pantograph and catenary simulation model. The contact force curve is obtained. Through introducing the dynamic contact force into the contact resistance model. The change of the contact resistance is obtained. Considering the real working conditions (such as different train speeds, different magnitudes of current), the statistics and change of the dynamic contact resistance are analysed.
高速电气化铁路弓网关系
１０ ０ ） ０ ０ ０
坏 性 均 呈 现 一 定 的上 升 趋 势 。
弓 网 间 不稳 定接 触 之 间 的 矛 盾 ， 分 别 从 接 触 网 和 受 电 弓 两
个 方 面论 述 两 者 之 间 的 矛 盾 ，并 结 合 现 场 运 营 维 护 实践 提 出有 针 对性 的 处 置措 施 和 建 议 。
运营维 护的实践 看 ，由于接触 网原 因导致 的弓网关 系缺 陷 主要表现在 ：零 部件 脱落 造成打 弓、结构 参数 超标 造成 钻 弓、集 中负荷造成硬点、分段绝缘器状 态不 良打 弓等 。
３ １ 具 体 案 例 及 原 因分 析 ．
宝成铁 路宝凤段开 通 以来 经 历 了多 次技 术引进 吸收 ，既 有
于 接 触 线 ，导 致 通 过 的 Ｄ １次 动 车 组 通 过 时 发 生 打 弓 ，经 ３
从 运营维护角度论述 高速 电气化 铁路 接触 网与受 电 弓之间
的配合关系 ，对影 响弓 网关 系稳 定性 和受 电 弓采 流性 能的
因 素 进 行 论 述 ，并 提 出相 应 建 议 和措 施 。
Ｄ ５７次动车组受 电 弓 ，影 响 区 间停 车 １９分钟 ；② 接 触 ５５ １ 网结构参数超标造成 打弓 。２ ０ ０ ８年 ３月 ，京沪线 提速 区段 安亭至陆家浜下行 ２５ 处 ，由于该锚段一端下锚 坠砣被盗 ， ４ 造成两端补偿 张力不 一致 ，２ ５ 处 接触 线 中锚绳 松 弛 ，低 ４
中 图分 类 号 ：Ｕ ２ ２５
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１７ ４ １ （０ １ ３— １３— ２ ６ ２— ０ １ ２ １ ）０ ０ ４ ０
浅谈电气化铁路的弓网关系
浅谈电气化铁路的弓网关系摘要：在电气化铁道线路，电力机车的受电弓与接触网采用直接接触的方式为电力机车供电。
因此，受电弓与接触网需要保持良好的接触状态。
本文就弓网关系进行探究，解决弓与网在实际运行中存在的问题。
关键词：受电弓接触网弓网关系一、弓网关系概述电力机车通过受电弓与接触网的接触而获取电能，受电弓与接触网是动态相互作用的，为了使电力机车可以获得稳定的电能，受电弓对接触网有向上抬升的力。
两者相互接触受力，联系密切。
在电气列车运行过程中的弓网接触力总是变化的，因此又称接触力为动态接触力。
任一时刻的接触力等于静态接触力、摩擦阻力、空气动力及动态接触力分力的矢量和，即：F = F 0+ F R+ FAER + FDYN通过弓网受力分析，可以判断受电弓与接触网任一者的状态不良时，都容易引发弓网的异常信息，影响供电安全。
而且，弓网关系可以更深入的追溯到电力机车的内部故障，同样会引起接触网跳闸，造成车顶放炮，对弓网设备构成影响。
同样接触网的故障停电，也会使电力机车失去动力停车。
因此广义上讲弓网关系是电力机车与牵引供电设备之间的关系1、易引发弓网故障的接触网缺陷（1）接触线的硬点造成接触线硬点有四大原因，①设计原因。
在锚段关节、线岔以及上跨桥下需降高的接触网设备，由于接触线需要使用做降高或下锚的处理，易产生硬点。
②材质原因。
接触线采用的合金接触导线晶粒不均匀，导线内部在应力、张力的作用下形成容易波浪弯。
③施工原因。
在接触线施工架设过程中，应采取恒张力放线施工，但由于缺乏必要的张力标准理论数值指导具有很大的不稳定性，极易使接触线发生变形、扭曲、硬弯。
④维护原因。
由于检修作业人员日常作业不标准，在作业过程中踩踏接触线造成硬点。
序号项目160km/h等级线路200km/等级线路1类2类3类1类2类3类1 硬点（g）30 40 50 30 40 502 一跨内接触线高差—150 200 ——150表1 接触网平顺性指标在电力机车高速运行的过程中，接触线的硬点增加了与受电弓的摩擦力，导致受电弓寿命降低，严重的可能发生打弓故障，甚至造成大面积塌网。
电气化铁路牵引供电系统的仿真及影响研究
电气化铁路牵引负荷具有非线性、冲击性、不平衡性等特点，这些特点导致 了谐波的产生。具体来说，非线性是指牵引负荷中的电力电子设备（如整流器、 逆变器等）的功率因数低于1，这使得电流波形发生畸变；冲击性是指牵引负荷 在启动、加速和制动过程中的瞬时功率变化较大，使得电网承受瞬时冲击；不平 衡性是指牵引负荷的三相电流不平衡，导致电网电压发生波动。
参考内容二
随着科技的不断发展，高速铁路已成为现代交通运输的重要方式之一。而牵 引供电系统作为高速铁路的关键部分，直接影响到列车的运行安全和效率。本次 演示将对高速铁路同相AT牵引供电系统进行深入研究，探讨其结构、功能及其应 用。
高速铁路牵引供电系统主要是由牵引变电所和接触网两部分组成。牵引变电 所将电网的高电压转换为适合列车使用的低电压，并通过接触网向列车供电。同 相AT牵引供电系统作为一种先进的牵引供电技术，在高速铁路中得到了广泛应用。
在结论与展望部分，我们将总结本次演示的主要内容，并指出其中的关键点。 我们将讨论目前数字建模及仿真还存在的研究空白，以及未来可能的研究方向。 例如，可以考虑更加精细的模型，引入更多非线性元素和不确定因素，或者结合 和机器学习等技术进行模型优化和预测等。
总之，高速铁路牵引供电系统数字建模及仿真是一项复杂而重要的工作。通 过这一方法，我们可以更准确地预测和优化系统的性能，提高高速铁路的运行效 率和安全性。本次演示已初步探讨了这一主题，未来还有许多值得深入研究的方 向值得我们进一步探讨和挖掘。
研究方法
本次演示采用理论分析和仿真实验相结合的方法，对电气化铁路牵引供电系 统进行深入研究。首先，建立牵引供电系统的数学模型，包括变压器、整流器、 逆变器和电机等关键部件。然后，利用仿真软件对模型进行数值计算和分析，通 过调整参数值来研究不同设置下的系统性能。
试论弓网电弧模型及其电气特性的研究进展
试论弓网电弧模型及其电气特性的研究进展摘要：电力机车的运行速度不断的提高，由于弓网离线电弧而造成的电气烧伤事故现象也越来越多。
为了最大限度的降低事故的发生率，防止弓网电弧侵蚀受电弓和接触网，避免对机动车设备和环境造成电气干扰，降低影响电气化铁路安全稳定运行因素，对弓网电弧的电气特性进行研究具有重大的现实意义。
本文针对弓网电弧模型及其电气特性的进展进行了探析和研究，阐述了弓网电弧的基本模型，分析电气特性中电气侵蚀、电弧能力以及电气干扰和电弧检测的进展情况，从而保证电气化铁路的安全运行。
关键词：弓网电弧；电气特性；模型随着我国高速电气化铁路的建设进程不断的加快，弓网电弧作为衡量列车高速运行的重要指标，社会对于弓网电弧的关注度越来越高。
弓网电弧对整个电气化铁路系统的正常运行具有至关重要的作用，电气铁路的供电系统主要是采取弓网受流的形式为电力机车提供所需的电能，只有保证弓网接触性能的稳定性才能够从根本上避免弓网燃弧的事故发生。
1. 弓网电弧的基本运作机理在电气化铁路中，为了保证机车的受流，接触网与受电弓之间必须要产生一定的接触压力，但是在机车实际的运作过程中，由于受电弓和接触网之间所影响的动态接触压力及气流对受电弓产生了一个随速度的加快也迅速增加的气动力。
当三种作用力产生的合力比较小时则会导致机车受流质量不能满足实际需求，当产生的作用力偏大则会使接触导线和集电头接触板的磨损更加严重，压力为零时则是弓网分离的临界点。
当受电弓处于一种离线状态时，会导致弓网之间的某一瞬间电压接近无穷大，空气会被击穿，从而就产生了弓网电弧的现象[1]。
2. 弓网电弧的主要影响因素2.1 列车速度对弓网离线频率的影响当电力列车处于运行状态时，接触线也会同时产生有波传播速度，当列车在运行的过程中所产生的速度与接触悬挂的波动速度达到吻合状态时，弓网系统会产生一定的谐振现象，从一定程度上会造成接触悬挂的振幅开始趋于无穷大，因此会导致弓网受流系统遭到解体。
弓网故障关系的分析与探讨
系随之改变"会造成刮弓&脱弓等事故发生%
&典型案例分析
)%$9 年 ' 月 )0 日 (!39 分 WW31%1(1 号机车运行至太北
一场 0 道时受电弓被刮坏% %4!%3WW31(9' 号单机通过 $0)j ?
$04j复式交分线岔时"受电弓刮坏% 原因是由于气温下降"太
北一场 $0)j ?$04j复式交分线岔接触线电联接线夹随温度变
"弓网故障原因分析 目前"电力机车&动 车 组 应 用 了 大 量 的 新 技 术& 新 工 艺" 尤 其是电力机车&动车组受电弓技术进步明显"受电弓故障率大 大降低"这样就造成目前弓网故障多发于接触网的部分特性与 某些参数性能上"而且接触网的不稳定特性非常明显"主要受 铁路沿线线路环境情况&沿线风速&气温等因素影响% $&$ 接触网定位环节 接触网刮弓故障"工务部门对接触网施工时由于环境或人 为因素"使得接触网施工质量不合规"偏差较大超过标准所致% $&) 接触网设备 )$*电连接&吊弦引起的弓网故障% 一是如果电气化铁路 负载增大会引起接触网电流增大"如果接触网部分附件&参数 设置不符合规范要求"可能会造成接触网吊弦烧损等故障"二 是接触网参数设置不合理会导致其受环境因素影响可能长期 处于共振状态"振脱紧固螺栓"引发接触网故障% ))*导线烧断故障% 未按照标准布置接触网"致使接触网 出现硬折&尖端等引起长期拉弧的情况"造成接触网局部损伤" 造成接触网崩断事故% )(* 接触网或附件制造材质不符合规范要 求"引 起 接 触 网 附件断裂引发弓网事故% 劣质的接触网线夹可能出现断裂"从 而引发打弓&钻弓&脱弓事故"如在接触网曲线处"由于接触网 导线受水平拉力较大"如果定位夹质量不满足标准要求"定位 夹可能会断裂"造成受电弓脱弓% $&( 线路及其他环节 )$*受电弓与接地体放电故障% 如果电气化铁路线路周围 环境较为复杂"有长大物体侵限等情况发生"会引发接触网对 侵限物体放电"造成接触网接地短路"变电所跳闸% ))*施工原因造成的弓网事故% 由于电气化铁路施工原因 导致接触网与受电弓参数不符合设计文件的匹配关系"尤其是 曲线处&道岔处不按图施工或施工尺寸&高度偏差较大"弓网关
电气化铁路弓网关系的思考
队伍素质是制约技术运用、作业水平、提高接触网运行质量的关键因素。因此要从教育入手， 对技术人员重点要掌握用检修工艺、工法，指导作业；对操作层，重点学习检修作业的操作过程， 加强易发生弓网故障部位的操作技能。使职工队伍素质上台阶，切实为生产和预防事故的发生做 好服务。
４．２加强巡视，确保供电质量６中国铁路电气化技术装备交流大会及产品展示会
３．１．３线岔
线岔的作用是在转辙的地方，当一组交叉悬挂的接触线被受电弓抬高时，另一组悬挂的接触 线也能同时被抬高，从而使它与另一组接触线产生高差△ｈ。高差随着受电弓靠近始触点而缩少， 到达始触点时，高差基本消除而使受电弓顺利，以使接触线不致发生刮弓现象。如果两接触线相 交点在岔心轨距比７３０ＨＨｎ小得多的地方，会使接触线距受电弓偏移大，因而有脱弓的危险。相反， 若两接触线相交点在岔心轨距过大的地方，两接触线交角小，距受电弓中心偏移很小，受电弓通 过时，将一根接触线抬高，而另一根接触线虽然在受电弓抓托范围，但因抬高不够，当受电弓到 达始触点时，高差△ｈ难以消除，易发生钻弓的危险，有可能造成刮弓事故。
７
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地圈与接触线距离太少，被受电弓打坏或刮弓。
３．１．８接触网硬点
硬点是接触悬挂中一种有害的物理现象，是对接触悬挂中由于质量集中（质量分布不均）或 弹性突变（弹性不均）可能改变机车受电弓运行状态的处所的统称，是一种不可消除的客观存在。 当机车受电弓高速通过接触网硬点时，由于受电弓与硬点在线路方向上是正面冲击，相对速度较 高，当冲击发生时，轻则影响机车取流，重则会打坏机车受电弓，造成弓网事故，严重影响安全 运输。
图ｌ供电系统示意图 随着我国铁路的几次大提速，对电气化铁路的质量提出了更高的要求，而随着既有线路提速， 特别是相关设备的老化，电气化铁路弓网故障的问题日益突显。如何提高接触网运行质量，消灭 弓网故障，是电气化铁路供电管理部门的一个亟待解决的重要问题。
受电弓最优主动控制仿真研究答辩
受电弓最优主动控制仿真研究答辩受电弓是电气化铁路的重要组成部分，主要用于供电线路与列车之间的接触和能量传输。
受电弓的位置控制对于确保电气化铁路的安全和稳定运行具有重要意义。
因此，对受电弓的最优主动控制进行仿真研究具有重要的理论和实践意义。
受电弓的主动控制研究可以分为两个方面，一方面是控制受电弓的高度，另一方面是控制受电弓与供电线路之间的接触压力。
对于受电弓高度的控制，传统的方法是利用反馈控制的思想，通过测量受电弓位置的信号反馈给控制系统，根据反馈信号的差异来调整控制输出，使受电弓的位置能够保持在一个合理的范围内。
然而，这种方法存在的问题是无法考虑到列车运行速度和受电弓与供电线路的接触状态对受电弓高度的影响。
因此，如何设计一种能够通过模拟列车实际运行情况的方法来优化受电弓控制成为了一个重要的问题。
对于受电弓与供电线路之间的接触压力控制，主要的问题是如何保持压力在一个合适的范围内以保证能量传输的稳定性。
过高的接触压力会导致受电弓与供电线路之间的磨损加剧，而过低的接触压力则会导致传输能量的不稳定，甚至无法传输能量。
因此，如何通过合理控制受电弓的位置来实现接触压力的最优控制成为了一个关键问题。
为了解决以上问题，可以采用仿真方法进行研究。
具体而言，可以通过建立受电弓与供电线路之间的力学模型和列车运行模型，利用数值方法和控制算法对受电弓的位置和接触压力进行仿真。
在仿真研究中，可以考虑不同的列车运行速度、受电弓位置和供电线路条件，通过优化控制算法，得到最优的受电弓控制策略。
同时，还可以研究不同的控制参数和控制方法对受电弓位置和接触压力的影响，为实际的受电弓控制系统设计提供参考。
另外，在仿真研究的过程中还可以考虑一些实际问题，比如风速、弓面弯曲等对受电弓位置和接触压力的影响。
通过对这些实际问题的研究，可以更好地理解受电弓位置和接触压力的控制机制，为实际受电弓控制系统设计提供更加准确和可靠的方法。
总之，受电弓最优主动控制仿真研究在电气化铁路领域具有重要的研究价值。
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电气化铁路弓网关系研究及仿真
列车受电弓从接触网受流是在动态运行完成的，不同的接触网-受电弓组合会产生不同的作用性能，良好的弓网关系是保证列车受流安全可靠的必要前提。
文章通过对受电弓特性及弓网受流的性能评价进行分析，建立起仿真分析模型，最后根据仿真分析结果对弓网作用关系进行评价。
标签：接触网；受电弓；受流
引言
在受电弓与接触网组成的供电耦合系统中，受电弓对接触网进行激励，振动波沿接触网传播，过程中会产生反射，并且列车高速运行过程中受电弓会使弓网振动幅度增大，使接触网的抬升进一步增加。
受电弓与接触网的这种动态相互作用与列车的运行速度密切相关。
随着列车运行速度的提高，空气动力也会参与其中。
因此，在电气列车运行过程中，弓网接触压力以及接触网的抬升是不断变化的。
弓网接触力和接触网抬升是受电弓和接触网两个振动子系统相互耦合的结果，可以用来评估受电弓和接触网的接触质量。
对于电气化铁路，有必要通过弓网仿真有针对性的对受电弓与接触网的匹配性进行研究，在保证弓网系统运行可靠性的前提下，提高弓网系统的接触质量和延长弓网系统的运行寿命，降低弓网系统运营成本，为高速受电弓与刚性接触网系统的健康发展提供科学依据。
1 主要研究内容
本课题从受电弓和接触网相互作用入手，研究受电弓与接触网的工作动态，通过受电弓与接触网动态作用仿真分析，给出受电弓与接触网动态移动时，接触压力与时间相关的特性，以及和接触网抬升的相互关系，对相应的接触网-受电弓系统进行评价。
2 研究思路与技术路线
根据具体的接触网设计参数和受电弓技术参数，利用有限元的方法建立整个锚段接触网的FEM模型；建立受電弓的模型；同时依据EN3018或现场实测数据确认仿真模型的有效性；最后根据仿真分析的结果对现有弓网关系进行评价，若存在问题，则结合现场实际应用情况给出成因分析及合理化建议。
3 受电弓结构及特性
受电弓是安装在车辆上，实现列车从接触网取得电流的专用设备，一般由底
架、框架、弓头和传动系统等组成。
受电弓的结构与技术特性对弓网系统的运行品质有着举足轻重的作用，如果受电弓与接触网不匹配，就不会产生所期望的结果。
受电弓的特性包括电气性能、静态接触力、空气动力、动态接触力、抬升力及动态特性等方面。
受电弓与接触网组成的系统简称弓网系统，弓网系统要求：动态接触力和接触网抬升应在允许范围内；通过弓网接触点的电流应能满足车辆各种情况下的运行需要；符合可靠性和使用寿命方面的规定。
弓网系统要求的这些功能可细分为机械、材料、电气、几何、运行和维护等几个方面，各个方面既相互区别又相互联系。
4 弓网相互作用的性能与评价标准
几何参数：依照互联互通规则运行的基础结构类型，车辆受电弓应符合标准规定的几何特征。
基础结构的管理者应确保架空接触网的几何特征值符合受电弓的弓头轮廓要求。
材料接口：接触网和滑板的磨耗，以及接触点的允许最大电流，在很大程度上依赖于接触网和滑板的材料。
接触网一般采用铜或铜合金，滑板材料建议选用纯碳，在集流量较大的情况下，可浸入额外的金属。
集流量：接触网中的电流取决于列车运行速度、列车重量、列车间距、线路坡度和接触网的结构。
受电弓和接触网的性能应满足于不出现过热。
列车的电流需求应服从于接触网的工作极限。
静态接触力应满足于静止状态下的可靠取流。
静止状态下，AC25kV系统的静态接触力通常为60～90N。
动态相互作用性能：弓网动态相互作用性能影响到列车的运行性能、列车的安全性及接触网和滑板的磨耗。
弓网动态性能取决于接触网与受电弓的匹配性以及运行环境。
基本运行环境是指列车运行速度、受电弓的数量及位置。
5 受电弓与接触网动态作用仿真
受电弓与接触网动态作用仿真是要确定受电弓作用在接触网上的移动接触力与时间相关的特性，以及和接触网抬升的相互关系。
受电弓与接触网在弓网接触点形成了两个子系统的耦合，这就需要分别建立合适的受电弓和接触网的模型，合理模拟接触点的特性和相互作用，并计算出接触点的垂直运动和接触力。
弓网系统的动态特性与频率相关，应针对弓网动态相互作用仿真所研究的对象确定关注的频率范围，这一频率范围应该与受电弓模型、架空接触网模型、仿真模型以及弓网动态相互作用性能参数测量系统的频率范围保持一致。
为了使弓网动态相互作用的仿真结果令人信服，需要对仿真方法进行确认。
将仿真结果与在线实测结果进行比较，或与其他已被确认的仿真方法进行比较是常用的两种仿真确认手段。
建立25kV供电的受电弓及接触网仿真模型，升起后部受电弓以200km/h运行，仿真数据如表1所示，仿真曲线如图1所示，接触力分布如图2所示。
在200km/h情况下，列车使用后部受电弓集流时，受电弓与接触网系统的动态性能符合EN50367：2006标准要求，弓网机械接触良好，弓网无离线。
6 结束语
本文探讨了受电弓的结构及工作原理，提出了受电弓与接触网相互作用的性能及评价标准，通过仿真手段对具体的弓网关系进行分析可以得出以下结论：（1）提出了受电弓与接触网相互作用的性能及评价标准，受电弓与接触网选型要相互匹配；（2）分析的受电弓与接触网模型的动态性能符合标准要求，弓网无离线。
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