受电弓与接触网系统工程ppt课件.pptx

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1、受电弓与接触网系统工程,接触网系列讲座,业务学习版,电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统；牵引供电负荷为电力系统的一级负荷。,牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断、可靠和安全地运行；从技术角度看，牵引供电系统包括电力牵引系统的全部固定设施；可以细分为牵引电能的产生、传输和馈出，以及运行中的电力牵引车辆受流。牵引负荷变化且移动。,根据距离决定牵引供电系统的电流制式：（1）短距离运输通常使用直流供电制式，如：DC750V、DC1.5kV、DC3.0kV等；（2）长距离运输通常使用交流供电制式，如：AC15kV、AC25kV等。,电力牵引供电,集电系

2、统是由相互作用又相互依赖的集电器和接触网结合而成的、具有向电力牵引车辆输电功能的有机整体，是牵引供电系统的组成部分。,集电系统的组成,整体性包含集电器、接触网两个元素；相关性系统的两个元素相互作用、相互依赖；目的性系统有明确的目标和特定功能：传输电能；适应性适应电力牵引单元的运行环境：温度、风雨冰霜、雷击过电压、大气中的活性物质等；等级结构性可以分为许多等级层次的子系统：结构、零部件、材料。,集电系统的组成,系统特征,学科体系,集电系统的型式,依据互连互通需要与综合比选，决定使用何种型式弓网系统或靴轨系统向列车传送电能。,受电弓,受电弓,集电靴,弓网系统,靴轨系统,集电系统,接触网遵循受电弓，

3、供电轨遵循集电靴，就像鞋遵循双脚一样。,集电系统的分类,接触网系统,架空接触网系统,供电轨系统,架空接触网,供电轨,架空供电轨,接触点（纽带）,固定设备,移动设备,机械作用,电气作用,电能传输！,两个振动子系统,小接触面传输大电流,摩擦磨损,（接触力与抬升）,（接触电阻与燃弧）,（机械磨耗与电气磨耗）,安全性,适用性,耐久性,材料组合,弓网系统的核心问题,世界上具有代表性的高速铁路列车，毫无例外地使用弓网系统取流。,可靠性的基本概念,接触网：特殊型式的输电线路，其中的接触悬挂是受电弓的机械滑道。,接触网由各种结构组成；首先，结构决定功能。在要素既定的条件下，一般来说，有什么样的结构就有什么样的

4、功能；其次，功能反作用于结构。,结构的主要作用是承受外部和内部因素所产生的载荷和环境（使用条件）；接触网包括相当数量的构件，结构的可靠性与寿命主要取决于其中的关键构件；关键构件：在任何使用情况下，失效会导致接触网结构或主要部件的破坏，使接触网丧失部分或全部功能的那些构件；通常若干零件组成一个构件，若干构件组成一个部件，若干部件组成整体结构。,弓网系统的核心问题,安全性：接触网结构应能承受在正常施工和正常使用期间（设计基准期）内可能出现的各种载荷、外加变形、约束变形等的作用承载能力；在设计规定的偶然载荷（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌或

5、连续破坏鲁棒性。,适用性：指结构在正常使用条件下具有良好的工作性能。例如电气参数（电压范围与载流量）符合要求，不发生影响正常使用的过大变形（支柱有过大的晃动与扭动、支持与定位结构有过大的偏转、线索过大的偏移等）、过强烈的振动（过大的接触线抬升和接触力）以及让人感到不安的弓网燃弧等。,耐久性：在正常使用和正常维修条件下，在设计基准期内，结构具有足够的耐久性。例如，不发生超出预期的零部件疲劳与氧化（锈蚀）、接触线磨耗、绝缘子污秽等。,弓网系统的核心问题,弓网系统的安全性、适用性、耐久性需要兼顾，三者遵循对立统一规律!,可靠性的基本概念,可靠性的基本概念,结构可靠性：结构在规定的时间（设计基准期）内

6、，在规定的（正常的设计、施工与维修）条件下，完成规定功能的能力，包含：安全性、适用性和耐久性。,结构可靠度：结构可靠性的概率度量，是在规定的时间（设计基准期）内，规定的（正常的设计、施工与维修）条件下，结构不失效的概率。,结构耐久性：结构在规定的使用和维修条件下其使用寿命的一种度量。,结构的使用寿命：从制造完成到出现不可接受的故障率时的寿命单位数。,对于接触网而言，其结构可靠性要求主要是指在指定的使用寿命（设计基准期）终止时，结构必须达到指定的可靠度指标。,弓网系统的核心问题,从来就是以仿制为主，从系统指标到零部件载荷、从零部件载荷到零部件寿命长期联系不上，接触网无法形成扎实详尽的自有理论、试

7、验基础和设计依据；质量控制过程形同虚设，接触网设计、施工、零部件制造以及受电弓运行中的各种不确定因素的耦合作用，使零部件遭遇到的工况要比正常远为恶劣，寿命消耗快、故障爆发多实际上是必然的结果；作为一个后起的工业追赶国家，功利投机心态强，往往是只要措施有效，便无所谓机理不明；机理不清楚下凭借浅薄经验和主观猜测提出的设计方案、优化措施，其效果如何几乎只能取决于运气。,弓网系统的现状,弓网系统涉及电气、力学、材料等多个学科，内容综合而繁杂，需要利用各领域专业知识解决问题，但一些关键技术在轨道交通以外均不使用，不能依靠其他领域。,随着列车运行速度的不断提高，以及电气化铁道路网规模的不断扩大，弓网系统的

8、结构耐久性不如预期，尚须努力建立健全：（1）一个受电弓与接触网系统的理论体系（2）一个接触网的全寿命周期成本管理周期（3）一个接触网的工程质量控制过程（4）一个受电弓与接触网的动态相互作用（5）一个接触网以可靠性为中心的维修体系（6）一个受电弓与接触网系统的实验平台（7）一个受电弓与接触网系统的标准体系,“七个一工程”,中国是电气化铁道大国，但还不是电气化铁道强国。,弓网系统的技术体系,弓网系统的“七个一工程” 构成一个有机的整体。,机械：静态特性动态特性电气：温度,弓网接口：接触点集流量材料组合动态性能几何参数,机械：静态特性、动态特性电气：载流量、短路载流量、防雷、接地与回流,系统与要素：

9、（1）系统通过整体支配和控制要素；（2）要素通过相互作用决定系统特征和功能；（3）系统和要素的概念是相对的。结构与功能：（1）结构是系统的内在根据，功能是要素与结构的外在表现，一定的结构总是表现为一定的功能，一定的功能总是由具有一定结构的系统实现；（2）功能对结构具有相对独立性，同时还对结构具有反作用。,系统的组成,弓网系统的理论体系,电压和电流分段、分相、供电臂与绝缘强度,载流量和保护措施发热与温升,回流与接地轨道电位,电磁干扰源电磁感应,无脱弓拉出值、高度,无障碍动态包络线,寿命疲劳、磨耗（机械+电气）,接触力、抬升,材料组合,取流量,运行速度,接触网,输电线路,接触悬挂,接触网是特殊的输

10、电线路，其中的接触悬挂兼做受电弓的机械滑道。,接触网的可靠性在规定时间（设计基准期）内，在规定条件（设计时所确定的正常设计、正常施工和正常维修条件）下，完成规定功能（输电+滑道）的能力，包含：安全性、适用性和耐久性等方面，使用可靠度度量，即完成“预定功能”的概率度量。,受电弓,弓网系统的理论体系,受电弓与接触网动态相互作用,弓网系统的理论体系,电压与电流,列车能耗：,线路阻抗等于架空接触网阻抗与电流回路阻抗之和，直流电路仅有电阻。,弓网系统的理论体系,载流量与保护措施,定义：在规定条件下，导体能够连续承载而不致使其稳定温度超过规定值的最大电流。,接触网必须具备一定的载流量以便经受住热负荷。载流

11、使接触网导线产生温升，并通过辐射和对流将热量散发到周围环境中，太阳辐射同样使导体发热，需要考虑三种情况：短时电流（起动与制动）；持续电流；短路电流（无外部热量交换）。,设置保护的目的：排除或减少对直接或间接暴露或与故障电流电压接触的人员伤害；使接触网设施、设备的损坏降至最低限度；维持牵引供电的最佳工作效率；提供和处理有助于故障分析的信息。,弓网系统的理论体系,载流量与保护措施,发热冷拔铜导线的长期发热会造成再结晶，导致导线永久性伸长，且抗拉强度下降。,温升与抗拉强度,TB/T2809-2005：铜合金接触线工作温度：95；允许最高工作温度：150。,计算条件：最高环境温度：35；风速：0.5m

12、/s；日照强度：1000W/m2。,弓网系统的理论体系,载流量与保护措施,永久故障与瞬时故障,CWH：接触线高度SH：结构高度CL TRACK：线路中心线1：负馈线2：回流导体3：承力索4：接触线,弓网系统的理论体系,回流与接地,牵引电流是受电弓从接触网集取并向铁路牵引车辆供电的电流。牵引电流必须具备回流路径；总回流应等于流经接触网的电流。,走行轨作为回流的导体；轨道敷设在地面上，其长度远远大于宽度。钢轨与大地之间的电阻有限，并且钢轨中存在纵向电阻，导致部分回流流入大地并经大地流回变电所；在变电所附近，这股电流又流回走行轨，并流入变电所的接地系统；流经钢轨、大地及其他所有铁路附近与铁路并行的金

13、属导体，如电缆外壳和管道的电流总值等于流入列车的牵引电流值。,弓网系统的理论体系,回流与接地,回流流经有电阻的钢轨，会产生轨电位；在钢轨上连接金属导电零件，减小电位差，以消除人身伤害的可能性，这些措施统称为接地。,大地：导电的土壤，参考点，任一点的电位均为零；接地体：一个或多个与土壤紧密连接的导电体，提供与大地的电气连接；土壤电阻率：土壤的导电性能；地电位：接地体相对于远处大地之间的电压差，由电流与对地电阻决定；轨电位：走行轨中的牵引回流引起的电位；接触电压：人站在发生接地短路的故障设备旁边，距设备水平距离0.8m，用手触及距地面1.8m设备外壳，此时手与脚两点之间呈现的电位差。,弓网系统的理

14、论体系,回流与接地,标准规定的接触电压与钢轨电位,注：维修车间25V,弓网系统的理论体系,回流与接地,交流铁路的牵引回流与接地示意图,弓网系统的理论体系,回流与接地,牵引变电所的回流与接地示意图,弓网系统的理论体系,电磁感应,（4）几何参数,（2）材料组合,接触线应在受电弓和弓头的工作范围内合理布置,接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电流很大程度上取决于接触线和滑板的材料,（1）接触点集流量,（3）动态相互作用,接触点处的滑板和/或接触线均不应出现过热,弓网是两个振动子系统，取决于受电弓与接触网的特性以及运行环境，接触力和接触线抬升应控制在一定的动态范围内,弓网电接触涉及上述各方面，主要解决

15、静态接触温升、摩擦磨损与热侵蚀三个方面的问题：欲控制静态接触温升就需要控制静态接触电阻和静态取流；欲控制静态接触电阻就需要控制接触材料组合和接触力最小值；欲控制静态取流就需要控制集流受电弓架数；欲控制机械磨耗就需要控制接触材料组合与接触力最大值；欲控制电气磨耗就需要控制接触材料组合与接触力最小值；欲控制热侵蚀就需要控制接触材料组合与接触力最小值。,弓网系统的理论体系,相互作用,相互作用接触点载流量,受电弓与接触网之间的连接属于电连接技术范畴。,电接触是研究电连接可靠性的应用科学。将物理、机械、电学、材料、化学、环境等多个学科的概念和理论应用于电连接可靠性问题，形成电接触理论。,弓网电接触的最高

16、境界：弓网导通电流的过程中，感觉不到电流的存在；弓网电接触的最低要求：对电力牵引供电系统不产生不可忽略的影响。,连接：将两种分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程；电连接：用于导通电流的连接。,弓网电接触包含：静态电接触关注：接触点的接触温升；滑动电接触关注：滑板与接触线的摩擦磨损；可分合电接触关注：弓网电火花、弓网燃弧。,弓网系统的理论体系,相互作用材料组合,接触线和滑板的磨耗,接触点的最大允许电流,主要取决于材料组合,滑板材料：金属（铜、钢）、粉末冶金（铜基、铁基）纯碳、浸金属碳,接触线材料：纯铜、铜合金、复合,滑板：纯碳或浸金属碳,滑板：浸金属碳,接触线：铜或铜合金,接触线：铜或铜

17、合金,AC25kV系统,DC1.5kV系统,弓网系统的理论体系,相互作用动态相互作用,受电弓与接触网属于两个相互独立的振动子系统，这两部分具有不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和固有频率，并且通过弓网接触力耦合在一起； 在受电弓抬升力作用下，接触网将产生受迫振动；振动沿接触网传播形成波动；振动与波动共同作用，导致弓网接触力、接触线抬升产生变化。,波动与振动的关系：波动是振动形式在网中的传播；波动是振动能量在网中的传播；波动是振动相位在网中的传播。把接触网的无限个点当作一个整体，这些点的运动就是波动。振动和波动的关系是部分和整体的关系。,弓网系统的理论体系,滑板与接触线的磨耗与弓网接触力相关，结

18、构零部件疲劳与接触线抬升相关。研究动态相互作用的目的控制接触力与接触悬挂形变，为结构可靠性的设计与接触网的质量控制寻找科学依据。,结构形变疲劳破坏循环应力作用下，零部件的主要失效形式。,相互作用动态相互作用,弓网系统的理论体系,相互作用几何参数,垂向：接触线不离开受电弓的工作范围；,横向：至少有一支接触线在弓头的工作范围内。,几何参数静态值以轨顶连线为基准；几何参数动态值以受电弓弓头中心为基准。,始触区,（弓角）,弓网系统的理论体系,设计,施工,维修：定期重复验收过程,系统设计,施工设计,接触力（燃弧）、抬升（弹性及其不均匀系数）,拉出值、高度、线岔、关节（动态值应符合要求）,测量、预配、组装

19、、调整,验收,静态验收,动态验收,确认接触网状态符合设计要求,确认弓网动态相互作用符合标准要求,设备和零部件选择,系统的设计、施工与验收,输电,滑道,电压与电流、载流量与保护、电磁干扰、回流与接地,动态设计,弓网系统的理论体系,系统设计,注：弓网系统的动态性能需通过弓网仿真校验；计算+经验，反复比选、优化系统方案，直至（经济+技术）最优！,弓网系统的理论体系,系统设计评价体系,弓网接口参数：接触力抬升量 几何参数动态值,电气参数：电压与电流载流量与保护措施电磁干扰回流与接地,GB1402-2010：铁道干线电力牵引交流电压；TB10621-2014：高速铁路设计规范；TB10009-2016：

20、铁路电力牵引供电设计规范,TB3271-2011：弓网相互作用技术规范；TB10621-2014：高速铁路设计规范；TB10009-2016：铁路电力牵引供电设计规范,GB/T21562-2008：轨道交通-可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例,可以确定车辆相关、供电方式、供电臂长度、线索截面、是否使用加强线，以及回流回路与接地方式等,可以确定弓网接口指标、受电弓的规格等,弓网系统的理论体系,接触网详细设计,弓网系统的理论体系,按照弓网系统设计批复意见所确定的原则和性能指标要求，使用经过实践证明的、成熟可靠的方法和经验对接触网进行施工设计；施工设计应提供工程（材料）数量，并生成符合要求的

21、设计文件，便于工程项目的预算、计划、安装和交接，同时也作为竣工文件的制定基础。,施工设计文件要尽可能少而足够，主要内容：,电分段示意图；平面布置设计图；横断面图（如果需要的话）；数据表；工程材料数量表；接地平面布置图；要求提交的施工细则等,零部件,弓网系统的理论体系,接触网的设备和零部件应按照规定的性能要求进行选取，使用寿命应至少与整个接触网的使用寿命相当，并应遵守检查、修理以及更换的有关维修管理规定，且具有可追溯性的信息标示。,主要类型：,支持结构；接触线及其他导体或线索；补偿装置；下锚装置与中心锚结；绝缘子；吊弦；电连接；分段绝缘器。,施工：主要任务是将经过质量认证的零部件按设计要求进行精

22、密的装配；设计文件是施工的依据。,验收：对全部接触网工程进行检查，使用专用设备对静止状态下的接触网进行测量，以证实竣工后的接触网结构尺寸符合施工设计文件要求，这一环节称为静态验收；利用专用设备对动态性能参数进行测量并评估，以证实弓网动态性能满足技术标准要求，这一环节称为动态验收。,施工与验收,弓网系统的理论体系,反应性维修当发生故障或者接触网异常时的对应处理，不坏不修，坏了就修，维修就是处理故障。,预防性维修在使用寿命内，按照技术状态选择维修时机，为发现潜在故障而进行的维修活动。故障前的维修活动，也称视情维修，包含状态修和定期修。预防而不能根除。,主动性维修针对频发故障而采取的维修活动，通过分

23、析故障根源、通过技术改造，修复并根除故障的活动。主动维修不拘泥于接触网的原有设计、施工与零部件结构。通过主动维修，接触网类似的故障不再发生了。,弓网系统的理论体系,维修,预测性维修以状态为依据(Condition Based)的维修。在接触网运行时，对其主要（或需要）零部件进行定期（或连续）的状态监测和故障诊断，判定接触网所处的状态，预测接触网状态未来的发展趋势，依据接触网的状态发展趋势和可能的故障模式，预先制定预测性维修计划，确定接触网应该修理的时间、内容、方式和必需的技术和物资支持。,预测性维修,状态监测检测,故障诊断,状态预测,维修决策,视情维修,绕不开的结：系统指标与零部件载荷的关系；

24、零部件载荷与零部件寿命的关系。,弓网系统的理论体系,维修,风险性决策根据预测各种事件可能发生的先验概率，再采用期望效果最好的方案作为最优决策方案。因此，这种随机决策具有一定的风险性。先验概率（prior probability）是指根据以往经验和分析得到的概率。,风险是指一个事件产生人们所不希望的后果的可能性，即某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。,风险型决策具备如下5个条件：(1)决策者具有一个希望达到的明确目标(收益较大或损失较小)；(2)存在两个以上的行动方案可供决策者选择；(3)存在两个或两个以上的不以决策者主观意志为转移的自然状态；(4)不同的行动方案在不同自然状态下的益损值可

25、以计算出来；(5)在几种不同的自然状态中，未来究竟会出现哪种自然状态，决策者不能肯定，但是各种自然状态出现的可能性，决策者可以估计或计算出来。,弓网系统的理论体系,维修,高速电气化铁路接触网于万聚 著西南交通大学出版社，2003,接触网董昭德 主编中国铁道出版社，2010,接触网工程与设计董昭德，李岚等 编著吴积钦 主审科学出版社，2014,受电弓与接触网系统吴积钦 编著西南交通大学出版社，2010,弓网系统的理论体系,PANTOGRAPH AND CONTACT LINE SYSTEM西南交通大学出版社、爱思唯尔科技出版公司，2017,教材,三段寿命周期四类周期数据一套管理模型,前期,中期,

26、末期,设计寿命周期管理,制造寿命周期管理,使用寿命周期管理,回收寿命周期管理,人员管理设备数据业务流程,接触网全寿命周期管理,接触网全寿命周期的6个阶段,系统设计,详细设计,施工准备,施工安装,运营维修,报废回收,需求跟踪方案比较指标分配变更决策实施跟踪验证发布,参数选择材料选定载荷计算零件确定施工设计,技术资料工艺准备材料成本人力工时技术交底,测量预配安装质量更改管理静态验收联调联试动态验收,日常操作故障评估维修策略变更记录,拆卸工艺回收部件废品处理重复利用,全寿命周期的全部数据,固有能力的赋予,固有能力的维持,框架,弓网系统的全寿命周期,经济最佳,弓网系统的全寿命周期,使用寿命的尽头，所有

27、生产设施的维修成本更多；主动维修虽然可以采纳，但不一定能够保证经济效益。,费用,弓网相互作用技术规范,弓网系统设计,接触网施工设计,动态验收,静态验收,施工（测量、预配、安装、调整）,用户需求,材料组合,集流量,运营维修,几何参数,动态性能,可靠性分配过程,设计、施工阶段赋予接触网的固有性能，固有性能期望性能，称为可维修的接触网；结构设计经历的阶段：几何学设计法、容许应力设计法、载荷系数设计法、概率极限状态设计法等。,避免零部件载荷过高或过低保证零部件抗载荷能力足够,零部件载荷分配合理零部件抗载荷能力符合要求,避免零部件载荷过高或过低避免零部件抗载荷能力下降,接触网使用寿命应达到A年或设计基准

28、值（接触线和承受动态变化应力载荷的设备除外）；接触线允许最大磨耗为截面积的B或设计基准值；承受动态交变应力载荷的设备，使用寿命不应少于C万（受电）弓（通过）架次或设计基准值。,弓网系统的质量控制过程,承力索终端锚固线夹,接触线终端锚固线夹,吊弦,弹性吊索,定位管,定位器,平腕臂,定位管支撑,腕臂支撑,斜腕臂,定位支座,电连接,接触线,承力索,补偿装置,接触网的零部件,弓网系统的质量控制过程,无松动、接触不良,接触网施工,接触网维修,正确的安装、调整,烧蚀、磨耗可接受,污秽、腐蚀可接受,安装精度达标,无其他维修缺陷,系统设计,系统参数配置优良,零部件载荷匹配合理,制造与检验,零部件设计合理,零部

29、件生产合格,零部件材料合格,措施针对性较强,可预见的外部因素,载荷分配,抗载荷能力赋予,载荷和/或抗载荷能力控制,可靠性分配,可靠性预测,弓网系统的质量控制过程,即使貌似相同的零部件，其初始抗载荷能力也不尽相同。抗载荷能力随工龄减弱的速度也不尽相同；不会有两个在整个寿命期内承受完全相同载荷的零部件。即使差异很少，也会对部件的故障工龄产生岐化影响；运行条件相同的零部件，故障工龄也大不相同，大部分故障集中在平均工龄期附近；即使零部件的抗载荷能力随工龄而减弱，故障工龄也很难预测。,两个投入使用时具有相似抗载荷能力的部件，在整个寿命期内，部件B承受的载荷水平比部件A普遍要高，劣化得也快。,运行工龄（年

30、）,载荷,抗载荷能力,零部件工龄相关故障（疲劳、氧化、磨耗、污秽抗载荷能力下降）,弓网系统的质量控制过程,B：载荷峰值使抗载荷能力永久性降低，但未失效。降低的抗载荷能力使部件易受到下一峰值的破坏。在部件更换之前，此峰值可能出现，也可能不出现；C：载荷峰值只削弱抗载荷能力；D：载荷峰值加速了抗载荷能力下降，最终大大缩短了部件寿命。,（1）劣化不一定与施加的载荷成比例；（2）施加的载荷不是始终不变。,A：抗载荷能力恒定不变，载荷突然增加引起故障发生；,载荷,抗载荷能力,抗载荷能力,抗载荷能力,抗载荷能力,载荷,载荷,载荷,零部件非工龄相关故障（随机故障载荷增加或降低导致抗载荷能力下降）,弓网系统的

31、质量控制过程,动态仿真弓网动态相互作用性能预测,施工计算接触网施工预配,几何参数测量接触网几何参数静态检测,动态参数测量弓网动态相互作用性能检测,材料检验接触网零部件的试验与检验,受电弓试验受电弓的制造与性能确认,弓网系统的质量控制过程,关键技术,弓网接触力、接触线抬升,弓网动态相互作用依赖于受电弓和接触网的设计方案及大量的参数。,弓网系统的动态相互作用,弓网系统的动态相互作用,弓网接触力与接触线抬升,FmaxFm+3s F Fm3sFmin，将F=0称为弓网离线。,b预测抬升量；S受电弓横向偏移量,正常运行条件及最大跨距时：u2.0b（使用非限位定位器）；u1.5b（使用限位定位器）。,u定

32、位器有效抬升空间,运营实践：吊弦上部断裂，被受电弓卷走,弓网系统的动态相互作用,运营实践：吊弦断丝、断股、断裂,弓网系统的动态相互作用,吊弦,吊弦吊着接触线，上端与承力索或弹性吊索相连。,接触悬挂的形状应遵循弓网相互作用要求；接触悬挂的形状很大程度上取决于吊弦的长度与间距（受力与形状相对应）；吊弦的寿命受制于两个方面因素：自身的抗载荷能力；承受的载荷。,图示的1跨接触网使用6根吊弦（含2根弹性吊索吊弦）,索结构：工作机理和力学性能依赖于自身的拓扑形状。,弓网系统的动态相互作用,接触线垂向参数允许误差：接触线高度：30mm；相邻支持点：20mm(同方向）/10mm(不同方向)；相邻吊弦点：10m

33、m。,要求：接触线几何参数静态值评估,接触线横向参数允许误差：拉出值：30mm。,运行试验结果的评价表明：设备安装在规定的误差范围内，容易实现理想的弓网运行质量。,弓网系统的动态相互作用,相邻支持点处测量到的接触线高度误差最大允许值为20mm。,例1假设支持点1到支持点2的公差为+20mm，下一个支持点（支持点3）处的导高则应保持相同或抬高。不允许另一侧的接触线向下倾斜。支持点1 FH=5300mm支持点2 FH=5320mm，FH=+20mm支持点3 Line aFH=5330mm，FH=+10mm Line bFH=5320mm，FH=0mm,例2（a线）假设支持点2不采用最大误差值，在另

34、一方向接触线的工作坡度则允许达到最大值。 支持点1 FH=5300mm 支持点2 FH=5295mm，FH=-5mm支持点3 FH=5310mm，FH=+15mm,例2（b线）假设支持点2不采用最大误差值，给定的导线（b线）坡度相同，（b线）则可采用20mm最大坡度值。支持点1 FH=5300mm 支持点2 FH=5295mm，FH=-5mm支持点3 FH=5275mm，FH=-20mm,要求：几何参数静态值评估,吊弦控制,弓网系统的动态相互作用,要求：吊弦的疲劳试验要求（EN50119）：检验抗载荷能力,图示：（1）压缩的半个周期；（2）受力的半个周期；（3）压缩；（4）力C：压缩幅度； F

35、L：力,应指定压缩幅度在20mm200mm之间，吊弦力在100N400N；周期频率应在0.5Hz10Hz，最少应进行2,000,000次试验；吊弦不得在指定次数之前断裂；具体试验数值由设计确定。,中国高铁接触网还未实施。,弓网系统的动态相互作用,吊弦理想状态模型,吊弦失效状态模型,吊弦精度的影响,弓网系统的动态相互作用,一跨内的弹性曲线,上图：理想情况下，双弓通过时，吊弦位置的接触线与承力索位移差。,下图：第1吊弦失效情况下，双弓通过时，吊弦位置的接触线与承力索位移差。相比于理想情况，吊弦压接处微动磨损程度明显加剧！,吊弦精度的影响,弓网系统的动态相互作用,衍生问题：接触线的磨耗,弓网系统的动

36、态相互作用,衍生问题：接触线的磨耗,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（1）,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（2）,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（3）,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（4）,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（5）,弓网系统的动态相互作用,重点关注的吊弦案例（6）,弓网系统的动态相互作用,吊弦问题小结,当前：根据静态参数状态确定重点关注的吊弦；强化吊弦的抗载荷能力；力所能及的前提下，把接触线高度治理好。,长远：接触网设计部门应提供吊弦的工况（振幅、受力与频率）；零部件检验部门按工况检验吊弦的抗载荷能力；施工单位应确保接触悬挂

37、的施工精度；维修部门应确保接触悬挂性能处于设计（或标准）状态。,弓网系统的动态相互作用,运营实践：定位器磨损,四跨锚段关节中心柱定位器的之字力F=648N,四跨锚段关节中心柱定位器的之字力F=0N,京津城际,京沪高铁,弓网系统的动态相互作用,中心柱定位器不承受之字力，F0N,弓网系统的动态相互作用,F过小，导致定位支座异常磨损,弓网系统的动态相互作用,F过小，导致定位钩异常磨损,弓网系统的动态相互作用,F过小，抬升量增大，定位器销钉异常挤压,弓网系统的动态相互作用,F过小，抬升量增大，定位线夹夹板与U形销钉异常挤压,弓网系统的动态相互作用,定位器受力不同，钩环磨损状态也不同,中间柱,转换柱,中

38、心柱,中心柱,弓网系统的动态相互作用,极端情况下定位支座损坏,弓网系统的动态相互作用,定位器坡度：,其中：,2d,Gdw：定位器自重；mj：接触线单位长度质量；l：跨距；a：之字值,定位器：起接触线的定位作用,（之字力）,（重力）,弓网系统的动态相互作用,定位器坡度7；G=0.5+1.355=7.25kg，约为71N,F应为：578N；根据,算例：定位器自重取Gdw=1kg，定位器长度取1250mm；接触线单位长度质量取mj=1.35kg/m；接触线张力取Tj=30kN；：跨距为l=50m；系统设计要求定位点抬升空间为150mm（标准），如弹性吊索吊弦距定位点5m。,定位器状态,通常：80NF

39、2500N,a=240mm,计算得出：,弓网系统的动态相互作用,定位器坡度：定位器钩和定位支座的接触点与接触线中心的连线的坡度。,定位器状态,弓网系统的动态相互作用,重点关注的定位器案例（1）,中心柱的两个定位器均未受之字力，需要优化接触线布置！,弓网系统的动态相互作用,重点关注的定位器案例（2）,隧道出口，接触网状态不理想，连续两个定位点的振动相对剧烈，锚段关节中心柱定位器的之字力偏低，应重点关注这些定位器以及吊弦、接触线磨耗等状况。,四跨锚段关节？,连续缺陷,弓网系统的动态相互作用,重点关注的定位器案例（3）,隧道出口，接触网状态不好，连续两跨接触网的振动相对剧烈，关注定位器、吊弦等情况，

40、这些区段其他零部件的状况也应关注。,弓网系统的动态相互作用,重点关注的定位器案例（4）,隧道内，T045定位器之字力偏低，T049、T051两个转换柱定位点的振动相对剧烈！,T045,T049,弓网系统的动态相互作用,重点关注的定位器案例（5）,弓网系统的动态相互作用,中心锚结,电源与安装点,下锚点,锚段关节,定位点振动在线监测,弓网系统的动态相互作用,固镇监测点，距蚌埠南站直线40km,右图：2018年9月20日10月22日，京沪高铁300km/h运行的受电弓引起的定位点抬升量统计。,弓网系统的动态相互作用,右图：2018年9月20日10月22日，京沪高铁350km/h运行的受电弓引起的定位

41、点抬升量统计。,定位点抬升量,监测接触线抬升量的目的诊断受电弓,弓网系统的动态相互作用,F,AER,F,DYN,F,R,F,0,F,R,F,风,F = F0 FR + FAER FDYN,受电弓设计,接触网、轨道等,弓网接触力F受电弓垂直作用到接触网上的力静态接触力F0 停车时，传动系统使受电弓垂直作用到接触网上的力摩擦力FR 关节间摩擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力FAER 气流对受电弓的作用力动态分力FDYN 由垂直振动引起的惯性力,受电弓上的力,Fm+3s,Fm-3s,Fm,监测接触线抬升量的目的诊断受电弓,列车某一运行速度下，测量的抬升量中若有任何明显增加或减少的现象，均表明有干

42、扰或受电弓缺陷。这些现象可能由以下因素引起：（1）过高或过低的静态接触力F0，由于：静态接触力的不正确调整；滑板质量较大的变化，如滑板磨耗超过极限值。（2）过高或过低的空气动力FAER，由于：空气动力学翼片调节不当或损坏；诸如弓头倾斜引起滑板偏磨。（3）过大的动态分力FDYN，由于：受电弓的机械部件的缺陷，比如阻尼器有缺陷。,观察抬升量已成为对受电弓自动诊断的重要手段，可以有效检测许多缺陷，但这种检测不能确认缺陷的具体原因。具体原因需车辆入库后人工确认。,弓网系统的动态相互作用,定位器问题小结,当前：根据几何参数静态值确定重点关注的定位器（之字力过小）；确保定位器坡度与接触线高度的前提下，之字

43、力要尽量大。,长远：应逐个对支持与定位装置进行设计，保证系统参数为最优组合；施工单位应保证接触悬挂的施工精度；维修部门应确保接触悬挂性能处于设计状态；受电弓运行状态应符合规定要求。,弓网系统的动态相互作用,接触网维修理念,（1）现行环境下，接触网的功能及其性能标准是什么？（功能与性能）（2）什么情况下接触网无法实现其功能？（功能故障）（3）引起各功能故障的原因是什么？（故障模式和故障原因）（4）各故障发生时，会有什么影响？（故障影响）（5）哪些故障至关重要？（故障后果）（6）做什么工作能预防各种故障？（预防性工作）（7）找不到适当的预防性工作该怎么办？（暂定措施）,接触网维修：用于确定为确保接

44、触网在现行环境下保持实现其设计功能的状态所必须的活动的方法。以可靠性为中心的维修（RCM）需要解决以下问题：,以可靠性为中心的维修体系,接触网的功能与性能,以可靠性为中心的维修体系,几何参数：,接触线磨耗：20%,横向：由设计确定,垂向：由设计确定,接触线温度：95（持续）、150（短时）,动态性能：,支持结构：200万弓架次,满足： 绝缘间隙； 动态性能。,0F350N（200km/h、AC系统）、s0.3Fm,0F300N（200km/h、AC系统）、s0.3Fm,0F400N（200km/h、DC系统）、s0.3Fm,0F300N（200km/h、DC系统）、s0.3Fm,接触网的功能故

45、障,以可靠性为中心的维修体系,零部件失效：零部件承受各种载荷，载荷通过减弱零部件的抗载荷能力而导致零部件状况恶化。这种抗载荷能力最终减弱到零部件再也不能实现期望性能的地步，换言之，零部件失效了。,接触网故障：关键零部件的失效导致接触网故障。,维修：处理故障或处理潜在故障。,弓网系统故障：接触网故障导致弓网系统功能部分丧失或完全丧失。,（力、电）载荷与环境属于失效的诱因，材料与结构为失效的抵抗因素!,接触网的故障模式,以可靠性为中心的维修体系,4%,2%,5%,7%,14%,68%,工龄相关,非工龄相关,民用飞机统计（与接触网类似）,故障的影响与后果,以可靠性为中心的维修体系,隐蔽性后果对操作人

46、员不明显，预防性工作为主；,使用性后果依据效果费用，预防性工作或事后维修；,非使用性后果依据效果费用，预防性工作或事后维修。,所有的故障都需要花费时间和经费进行纠正。根据故障后果决定维修级别，保证花费在维修上的一切都是值得的！,安全性后果预防性工作或重新设计；,预防性工作,以可靠性为中心的维修体系,视情维修对部件检查后，视其能保持满足规定性能标准这一情况继续使用；,预定翻修按一个特定的工龄期限或在工龄期限之前，重新加工一部件或大修一组件，而不管当时其状态如何；,预定报废按一个特定的工龄期限或在工龄期限之前报废部件，也不顾当时部件的状态。,探测正在发生的故障或将要发生的故障的预防性工作技术上可行

47、、经济上值得？,以小于P-F间隔的间隔进行视情维修,以小于工龄期的时间间隔预定翻修,以小于寿命期的时间间隔预定报废,降低安全性后果的故障发生率的定期翻修工作技术可行且值得？,降低故障发生率的定期报废工作技术可行且值得吗？,取决于故障后果的暂定措施,否,是,是,是,否,否,预防性工作试情维修（状态修）的技术分类,以可靠性为中心的维修体系,（1）人的感官望、切，主观判断（范围广但不精确、滞后）如：接触网的结构状态、零部件的状态等评估。（2）状态监测探测潜在故障。技术应用合适就有效，否则费钱费事如：受电弓、接触网关键位置参数与设备的状态监测。（3）参数检测实测数据与参考信息对比，发现潜在故障的迹象如

48、：动态参数（弓网接触力、接触线抬升等）、静态参数（拉出值、高度、磨耗）等的测量。,零部件故障率增加,零部件载荷增大,零部件失效（望：表面状态-抗载荷能力评估）,接触网静态参数改变（切：静态参数-载荷或/和抗载荷能力评估）,弓网动态性能劣化（切：动态参数-载荷评估）,预防性工作：优先关注弓网动态性能（效率最高），其次为接触网静态参数（效率次之），再次为零部件（只能望，效率最低）,超出设计值,（磨耗）超出允许值,暂定措施,以可靠性为中心的维修体系,（1）隐蔽性后果预防维修，将风险降低到低水平，否则重新设计；,（3）使用性后果依据效果费用，预防维修或事后维修或重新设计；,（4）非使用性后果依据效果费

49、用，预防维修或事后维修或重新设计。,对接触网的任何故障模式而言，如果无法找到一种既技术可行又值得做的预防性工作，必须采取的暂定措施由故障后果决定。,（2）安全性后果预防维修，将风险降低到低水平，否则重新设计；,日常：维持、保护，使接触网免受破坏,暂定措施：出现破损后更换结构部件,预定翻修：固定周期进行修理,视情维修：依据技术状态对接触网进行修理,主动修：针对频发故障采取的维修活动，消除故障根源，避免频发故障再次发生。,以可靠性为中心的维修体系,接触网维修架构,技术诊断,精测精修,维修体系与维修有关的若干事物或某些意识互相关联而构成的整体，由人员、设备、管理等子系统组成的系统。,望（人眼、照相、

50、摄像）,切（传感器测量）,以可靠性为中心的维修体系,状态修架构,机械：静态特性、动态特性电气：温度、绝缘强度,弓网接口：接触点集流量材料组合动态性能几何参数,机械：静态特性、动态特性电气：绝缘强度、载流量、短路载流量、接地与回流,装置：接触力（1C）动态接触线偏移（1C、3C）动态接触线高度（1C、3C）燃弧时间与次数（1C、3C）接触网温度（1C、3C）接触网振动（6C）,装置：静态接触线横向偏移（4C）静态接触线高度（4C）线岔、锚段关节状态（4C）设备状态（2C、3C、4C、6C）外部环境（2C）接触线磨耗（4C）,装置：动态性能（6C）弓头与滑板状态（5C）,6C系统（涵盖弓网系统、接