As地铁车辆双弓受流分析

王元贵 陈金龙

摘  要：由于As地铁车辆具有爬50‰坡道的能力，采用4架受电弓并联受流，比标准的A型、B型地铁车辆多2架受电弓受流，对于DC1500V的牵引供电系统，采用4架受流在国内属于首创。通过As车辆弓网动态受流仿真，比较不同接触网结构的弓网动态性能参数，验证了双弓设计方案的有效性。在某地铁正线上开展受电弓动态受流试验，通过对接触力和燃弧率的分析，验证了As地铁车辆双弓受流的合理性。

关键词：As;双弓;受流;地铁车辆

中图分类号：U271     文献标志码：A

0 引言

由于As车辆具有爬50‰坡道的能力，采用5动1拖的配置[1];为了满足受流需求，提高车辆受电能力，降低车辆受电弓离线率，减少受电弓碳滑条和接触线的电磨耗，全列车采用4架受电弓受电，每个Mp车安装2架受电弓，受电弓之间的间距分别为 13.4 m，43.6 m 和13.4 m。对于DC1500V牵引供电系统，采用4架受电弓受流在国内仍属首创。为了验证As车辆双弓受流方案的可行性，该文对受电弓材质进行对比分析，对弓网动态性能进行仿真分析，并在正线进行弓网动态性能试验，分析其在实际运营线路上的受流情况。

1 受电弓碳滑板的选择

受电弓滑板是地铁车辆重要的受电元件，为地铁列车提供电能。列车运行时，滑板表面因摩擦产生热量，导致表面温度升高，加重磨耗;受流时，常会在定位悬挂点、整体吊弦处、刚柔过渡区、电分段区等位置产生火花、电弧以及对受电弓的撞击，导致滑板表面质量下降，磨耗加剧。

从材质上，目前受电弓碳滑板主要有纯碳滑板和浸金属碳滑板。在刚性接触网和柔性接触网混合制式下浸金属碳滑板具有强度高、韧性强、耐冲击性、耐磨性、良好的导电性等优点。纯碳滑板的优点是对接触导线的磨损小，但电阻系数较大、集电容量小、耐冲击性差。纯碳滑板和浸金属碳滑板的主要参数对比：浸金属碳滑板载流率12 A/mm～14 A/mm，峰值载流量20 A/mm，电阻率4 μΩm，碳滑板受流长度120 mm，额定电流载流量1440A～1680A，碳滑板峰值载流量2 400 A;纯碳滑板载流率5 A/mm～7 A/mm，峰值载流量11 A/mm，电阻率34 μΩm，碳滑板受流长度120 mm，额定电流载流量600 A～840 A，碳滑板峰值载流量1 320 A。

As车辆的主要参数：整车牵引最大短时电流为3 850 A，持续时间约7.3 s;整车牵引的额定电流为2 600 A;电制动最大电流为列车运行至85 km/h时的瞬时值为4 900A;辅助系统最大电流：网压为DC1000V时，400 A;网压为DC1500V时，270 A;接触网的耐受温度：<150℃。

静态电流及弓网温升：纯碳滑板的电阻率是浸金属的8.5倍，根据电阻发热计算公式：Q=I2RT，式中：Q为发热量，I为电流，R为电阻，T为时间，纯碳滑板的发热量是浸金属碳滑板的8.5倍，无法满足接触网的耐受温度。

载流量：纯碳滑板每个受电弓载流量，无法满足全列额定电流及牵引最大电流的需求。因此As车选用阻值更小承受电流更大的浸金属碳滑板，双弓并联受流，可确保在动态和静态情况下受流完好。

2 受流性能指标

2.1 接触压力

弓网受流质量评价，要求弓网动态接触压力维持在合适的范围，降低滑板和接触线的磨损率，通常用弓网接触力统计数值来表征。接触力最大值、最小值、平均值以及标准差基本表征了弓网的受流质量状态。弓网动态接触力一般按一个锚段长度为评估单位。评估参数包括：接触力在时域内的最大值、最小值、平均值和标准差。

2.1.1 弓网受流动态仿真

在ANSYS中建立弓网动态模型，计算4架受电弓以100km/h刚性接触网区段接触力仿真统计结果，见表1。所有接触力统计值均满足要求，受电弓从柔性网过渡至刚性网的刚柔过渡区段的弓网动态性能较另一方向差。第1架受电弓的弓网动态性能比第4架受电弓较优。经弓网动态仿真分析所采用的4架受电弓布置方案可行。

2.1.2 双弓运行线路测试

在实际线路上测试时，受电弓的静态接触压力调整为120 N，对60 km/h、80 km/h、100 km/h不同速度等级下弓网接触力统计结果，见表2。研究表明：随着运行速度的增加，接触力的差加大，平均值基本呈增加趋势。同一方向上，平均接触力的偏差控制在3 N以内。

研究表明列车在加速区段、锚段关节、分段绝缘器等处，弓头振动加速度变大，引起弓头惯性力增大，弓网接触力发生突变。

2.2 弓网燃弧

燃弧能保证电能传输的不中段，但同时会引起滑板和接触线的温升，增加接触线和滑板的电气磨耗。受电弓带电通过锚段关节、分段绝缘器处的燃弧属于弓网系统的固有特性，应尽量降低燃弧时间，避免温升对接触网零部件机械强度的破坏。

2.2.1 燃弧率

2.2.2 双弓运行燃弧测试

燃弧次数和燃弧率统计的最小时间为5 ms。As列车在实际线路上分别加速至60 km/h、80 km/h、100 km/h时对燃弧率进行了测试，测得不同速度等级燃弧，见表3，1、2号受电弓为装在2车上的2架受电弓，靠近1车的受电弓定义为1号受电弓。從数据中可以看出，随着运行速度的增加，燃弧率基本呈增大趋势，但燃弧率均小于2.2%。

3 均流性试验结果

在某城市实际运营线路上，对已运营As车辆受电弓电流数据监测，4架受电弓的受流数据如图1所示。实验数据表明，4架受电弓电流大小基本一致，均流正常。

4 结语

该文通过对受电弓碳滑板材质的对比分析，确定了As车辆采用浸金属碳滑板，通过对As车辆弓网动态受流的仿真分析，4架受电弓所有接触压力满足要求，验证了双弓设计方案的可行性。通过在某地铁正线上进行弓网动态试验，接触力、燃弧率、受流电流参数满足要求，验证了双弓受流的合理性。

参考文献

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