轨道车辆受电弓试验测试技术分析

轨道车辆受电弓试验测试技术分析

林大杰

中车长春轨道客车股份有限公司  吉林省长春市  130062

摘要

随着我国轨道交通产业的迅速发展，轨道车辆的数量与种类不断增加，其中受电弓受流作为一种主流的车辆取电方式，在城市铁路和高速铁路上应用广泛，具有结构简单、安装空间小、使用寿命长和运维工作量少等优点[1]。但受电弓作为与接触网直接接触的车辆高压设备，承担车辆全部的电能输入，且长时间暴露在车外，承受高电压、电流，工作条件十分苛刻。因此对受电弓与接触网之间的相互作用性能进行测试，分析受电弓与接触网的受流情况，保证受电弓的良好工作状态，对轨道车辆的安全稳定运行具有重要意义。

0.引言

本文结合多年的轨道交通车辆受电弓试验测试经验，对受电弓在车辆组装完成后的试验测试技术进行分析，列举了受电弓静态与动态试验测试方法，并分析了受电弓试验与弓网磨耗研究的关系，并对受电弓试验测试技术提出了改进措施。

1.受电弓静态试验测试

受电弓静态试验测试主要包括：受电弓静态接触力测试、横向刚度测试、受电弓尺寸检查、升降弓时间检查。

1.1受电弓静态接触力测试

受电弓静态接触力是对不同升弓高度下的受电弓静态压力进行测试，IEC 60494要求：测量过程应当在反复连续升弓和降弓过程中，在受电弓悬挂部位下方直接进行静态作用力测量。升弓和降弓的速度为0.05m/s±10%。通过此方式记录升降弓过程中的静态接触力，生成静态接触力曲线，与标准要求的静态力进行对比。

1.2横向刚度测试

将受电弓升起至工作位置高度的75%，在受电弓弓头两侧水平施加300N的横向拉力，测量受电弓弓头部分的最大横向位移。横向拉力取消后，受电弓应能恢复初始状态，且无任何永久变形。

1.3受电弓尺寸检查

按照受电弓图纸及技术文件要求，对受电弓尺寸进行测量，测量项目包括但不限于：弓头长度、弓头高度、弓头宽度、受电弓安装后整体长度、整体宽度、最大升起高度等。

2.受电弓动态试验测试

受电弓动态试验测试主要包括：受电弓动态接触力测试、电弧试验、受电弓垂向加速度测试、电流测试、电压测试、受电弓动态高度测试。

2.1受电弓动态接触力测试

在车顶安装数据采集设备，在受电弓弓头位置安装力传感器，力传感器的输出线缆与数据采集设备相连，当受电弓与接触网接触时，力传感器将受电弓与接触网之间的接触压力记录下来，通过数据采集设备传递给车内的数据记录仪。受电弓与接触网之间的动态接触力、标准偏差应符合相关标准要求。

2.2电弧试验

电弧试验通过在车顶安装电弧检测器，测试受电弓与接触网之间产生的电弧。当受电弓与接触网产生微小脱离时，会在两者之间产生电弧（拉弧）。通过电弧检测器测试电弧的持续时间、数量，计算电弧率、电弧次数/160m、最大燃弧时间。

2.3受电弓垂向加速度测试

在受电弓碳滑板侧面或底面安装加速度传感器，当受电弓在运行过程中产生振动时，加速度传感器测量受电弓产生的加速度。加速度传感器输出线缆与车顶数据采集设备相连，将受电弓垂向加速度数据传递给车内的数据记录仪

2.4受电弓动态高度测试

动态高度测试通过在车顶安装几何参数相机，测试受电弓在运行过程中高度的变化，通常这一参数可以等同于接触网导线高度。几何参数相机将测试的数据通过线缆传输到车内数据记录仪。

2.5电流测试

受电弓电流测试是评判受电弓受流质量的重要标准，可将电流传感器安装在车顶受电弓输出的线缆上，也可以将电流传感器安装在列车客室电气柜内的高压线缆上，测试列车供电的电流。电流传感器将数据传输到车内数据记录仪。

2.6电压测试

电压测试是对受电弓承受的接触网电压进行测试，也是接触网网压测试。可通过差分探头、电压传感器等设备进行电压测试。将电压测试线缆接在受电弓高压导电部位上，测量电压信号后，通过低压数据传输线缆将数据传输到车内数据记录仪。

3受电弓试验测试技术分析

3.1受电弓试验与弓网磨耗关系

弓网磨耗是受电弓与接触网发生相互作用后必然出现的现象，在设计标准内的磨耗的是正常的，目前国内地铁运营商滑板磨损率的范围从 0.4 mm/万公里[2]到 40 mm/万公里[3]。但如果出现异常磨耗（例如受电弓碳滑板偏磨、滑板断裂、接触网损伤等），会极大的影响受电弓受流性能、甚至对接触网安全、车辆安全、人员安全造成不可忽视的影响。通过进行受电弓受流性能测试，可以对受电弓与接触网的相互作用性能进行有效的检测与分析。受电弓与接触网之间的磨耗与受电弓接触力、电弧、垂向加速度、横向刚度、电流电压等密不可分。受电弓接触力过大，会加剧碳滑板与接触网之间的摩擦，导致磨耗加重。受电弓接触力过小，使受电弓与接触网接触不良，脱网后产生电弧，同时振动加剧垂向加速度。电弧使受电弓或接触网发生局部材料融化形成颗粒，进而加剧弓网磨耗，且电弧的产生与受电弓电压电流相关。同时受电弓横向刚度不足时，又会导致车辆运行时受电弓的横向运动幅度增加，进而增大拉出值，引起受电弓偏磨。

因此，受电弓受流性能测试能为探究弓网磨耗原因、故障演变机理、障消除措施等研究提供重要的实测数据，有助于改进受电弓与接触网的受流性能，提高受电弓及接触网使用寿命。

3.2受电弓试验改进方向

基于多年来对受电弓试验测试的经验，总结了关于改进受电弓受流性能试验的方法如下。

受电弓静态接触力试验：开发静态接触力自动测试系统，实现升降弓速度、静态接触力读取、升降弓动作、静态接触力图表输出自动化。减少测试过程中人为误差的干扰，提高测试的准确性与效率。

横向刚度测试：开发横向刚度测试工装，横向刚度测试需要在车辆两侧水平施加作用力，由于本文中的试验均在车辆组装完成后进行，车辆组装完成后场地条件难以实现两个水平方向施加作用力。因此有必要制作一种横向刚度测试工装，能够以车顶或登顶平台为固定基础，在水平方向上施加拉力，完成横向刚度测试，降低试验风险。

动态接触力、垂向加速度测试：受电弓动态接触力、垂向加速度测试采用直接在受电弓上安装传感器的方式，因此必须通过固定在车顶的数据采集设备进行高压隔离，将低压信号传输到车内的数据记录仪中，因此增加了车顶测试设备接线、设备布置的难度。可以设计一种无线传输的受电弓接触力、垂向加速度传感器，通过蓝牙、wifi等方式直接将测试信号传输至车内数据记录仪，可以极大的减少车顶设备、线缆数量，同时排除测试设备高压接地的风险，改善试验环境，提高试验安全性与灵活性。

随着科技的不断进步，轨道交通装备产业的蓬勃发展，AI、5G、大数据等技术会更多的应用到受电弓试验测试中，提高测试的准确度与安全性，推进轨道交通事业向更好的方向发展。

参考文献

 [1] 李金华. 架空刚性接触网系统技术发展回顾[J]. 电气化铁道，2020，31：17-20.

[2] 刘腾飞. 郑州地铁1号线车辆受电弓典型故障分析及措施[J]. 机车车辆工艺，2018，2 (5)：47-48.

[3] 李家栋. 南京地铁 4 号线弓网异常磨耗问题探讨[J]. 交通世界，2020，552(30)：13-14.