何容顺
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。通过解体现象可以看出接触悬挂的波动速度是弓网受流的极限速度，综合分析可以得出列车运行速度的高低对弓网的离线频率具有重大影响，当运行速度越快，弓网的离线频率也会越高。
2.2 静态抬升力对弓网接触压力的影响
当列车在运行的过程中，静态抬升量不断的提高将会使弓网的接触压力随之增高，这就会对弓网离线的状况有一定的控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是，当静态抬升力超过规定标准时就会导致接触压力的平均值随之变大，如果两者长期处于这样的关系就会造成弓网的磨损变得更加严重，降低弓网的使用寿命，从而加大了不必要的时间和经济成本的投入。
2.3 张力和跨距对弓网受流质量的影响
高速列车的接触网发生振动的现象以垂直振动为主要形式，其中张力和跨距作为振动的主要变量因素，通过相关数据计算可以总结出，当跨距越大时，接触网的固有频率也发生减少的现象；当张力越大时，接触网的刚性也就越大，那么其固有频率则会变得越来越大。而接触网的固有频率一旦与受电弓运动振荡频率保持一致或者接近的状态时，此种现象极容易导致共振的现象产生。与此同时，对弓网的受流质量也会产生重大的影响。
3. 弓网电弧电气特性的研究进展探析
3.1 弓网电弧能量特性
电弧能量的大小对电弧侵蚀的程度具有直接的关系，相关文献中已经提出了电弧能量具体的计算公式：
其中计算公式中的E表示为电弧能量的单次离线，U表示为电弧的电压，I则表示电流， 表示为燃弧的时间。通过此计算公式能够得出电弧能量与电弧侵蚀量之间的关系，即用下述关系式就可以计算：
其中 表示为接触网材料和受电弓的侵蚀量，a和b表示为与弓网材料有关的系数，E则表示为电弧能量。
相关研究者依据实践实验结果计算出了电弧侵蚀量与电弧燃炽时间和电流之间的关系的数值表达式：
其中I表示为电流的有效值，ta表示为点燃的燃炽时间，k表示为材料相关的系数， 表示为接触网材料的侵蚀量。
通过相关研究者对电弧能量特性的论述和研究可以得出，电压会对电弧的能量产生重要的影响，而电流对电弧能量的影响呈一种线性的特征，同时负载特性也会对弓网电弧能量产生影响，当负载功率因素不断的加大，会导致弓网电弧的能量减小。
3.2 弓网电弧电网干扰特性
为了能够有效的降低因电弧而造成的弓线侵蚀磨损，从而保证电力机车能够正常的运行，因此，解决电网干扰影响成为弓网电弧的根本问题。由于我国铁路列车的运行速度不断的加快，致使弓网的离线频率急剧上升，离线会导致受电弓和接触网之间发生电弧的现象，当速度越快离线电弧越多，所产生的影响则会越大。
崔行磊电弧试验系统的设计中，以电弧为实验平台，通过图像处理技术来提取电弧变化特征，从而分析得出燃弧的时间、弧根的分布位置中电弧与吹弧磁场之间的内在关系。朱峰对离线电弧电磁干扰的物理特性、数字模型等进行了综合的研究和论证，通过对实验现场的测试和数据分析，从而总结出离线电弧电磁干扰的特性，并且提出了抑制离线电弧的传导干扰办法。
3.3 弓网电弧电气侵蚀特性
当电力列车运行的过程中，弓网离线电弧发生放电现象时则会造成表面的温度逐渐升高，从而造成接触表面发生氧化磨损以及电弧烧蚀的现象。我国对于弓网电弧电气侵蚀的特性依旧集中在定性的研究层面，在研究和发展的过程中依旧缺乏一个较为完善精确的物理模型来对接触线的受侵蚀程度进行计算，因此其研究进展成果依旧不是很明显。
吴积钦在研究的过程中在依据瞬态热传导理论的基础上建立了弓网系统电弧烧蚀模型，此模型主要是对静止与运动电弧在热流输入的状态下接触线的热过程进行一个模拟仿真的计算过程，其研究结果显示静止和运动的电弧对于接触线的电气侵蚀程度存在某种差异性。在相关文献研究中，针对受电弧的电压、电流以及能量在不同负荷条件下弓网电弧的实验分析中得出研究结论，电弧能量大小对电弧电气侵蚀程度具有重要的作用[2]。
结束语
综上所述，对弓网电流模型以及电气特性研究进展的论述具有极高的研究价值，为弓网电弧提供了更多的理论依据。由于电气化铁路在运行的过程中会受到各种因素的制约影响，弓网电弧又是一个比较复杂的演变过程，随机性比较的强，使得理论研究的难度系数比较的高，电气化铁路进程的不断高速发展迫使弓网电弧的研究具有极高的现实意义。
参考文献：
[1]王英，刘志刚，范福强等.弓网电弧模型及其电气特性的研究进展[J].铁道学报，2013，35（8）：35-43.
[2]王万岗.高速铁路弓网电弧动态特性研究[J].西南交通大学，2013，02（5）：16.
论文作者:何容顺
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/29
标签：电弧论文; 离线论文; 电气论文; 特性论文; 电气化铁路论文; 能量论文; 现象论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;