吴祥民 李文龙 董彦妮 张忠杰
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 青岛 266111
摘要：高速客运专线通过接触网和受电弓获取电能，因此研究性能优异的弓网系统是实现安全、舒适、高效运行的关键。本文阐述了弓网系统研究中几个核心问题：接触网悬挂类型、线材配置、受电弓结构和滑板材料，并总结了国内外高速铁路接触网与受电弓相互作用的评价标准，最后尝试为我国高速铁路弓网系统的发展提出若干建议。
关键词：高速铁路；接触网；受电弓；综述
1 前言
随着我国铁路事业的蓬勃发展，高速化、电气化进程不断加快，维持稳定的高速受流是客运专线安全、舒适、高效运行的保证。高速受流是指受电弓在高速运行时，通过与接触网的滑动接触获得电能，并传输给电力机车的过程，供电质量的好坏取决于弓网系统的技术标准、接触网和受电弓的相互作用，因此本文主要论述了接触网悬挂类型、线材配置、受电弓结构、滑板材料、弓网关系评价标准等行业概况。
2 接触网主要技术标准
接触网的悬挂类型大致分为三种：简单悬挂、链形悬挂、刚性悬挂。从国内外高速接触网的发展趋势看，目前普遍采用链形悬挂，而链形悬挂又有简单链形悬挂和弹性链形悬挂之分，在客运专线设计阶段，需要从弓网系统受流质量、运营环境（高速铁路速度目标值、线路条数）、设计指导思路（使用寿命、后期维护工作量、既有接触网施工经验）等方面调研，在进行了全面的技术和经济比选后，确定接触网悬挂方式。
受电弓在接触线上滑动运行过程中，不可避免地会产生弓网电弧，因此接触网的线材必须具有良好的耐磨性和高温软化性；还必须与碳滑板配合，具备良好的经济性和较长的使用寿命。基于以上考虑，铜银合金接触线的应用越来越广泛。
3 受电弓主要技术标准
法国的X系列受电弓可随车速变化自动调整接触压力，采用气垫支撑装置和高性能空气调整装置，关节式结构不受运行速度和方向的影响；弓头采用合成纤维制成，重量减轻了30%~40%。日本采用的是PS200系列受电弓，该系列受电弓为双臂菱形受电弓；弓头结构简单，重量轻，既能满足高速受流的需要，又能较好地抑制弓网电弧。德国研制了DSA-350S型受电弓，两块滑板互相独立，由框架支撑；采用碳滑板，导角用薄壁管子制成，尽可能降低重量；装配有稳定器，实时控制高速时的空气抬升力。可以看出，各国通过不断改进受电弓结构、减轻重量、增加主动控制方式，提高了弓头的跟随性，从而降低受电弓离线率。
受电弓滑板是电力机车的关键集电元件，要求在静止或滑动状态下从接触网获取电能，为机车供电，它长期暴露在自然环境下，且在运行中由于离线，与接触网不断产生电烧蚀、机械磨损，因此对滑板材料要求苛刻。目前滑板材料大致有纯金属、粉末冶金、碳、浸金属碳、碳基复合材料等。
其中，纯金属滑板由于对接触线损伤大，现已限制使用；粉末冶金滑板可随时润滑，在钢铝导线区段，运用效果相当好，但由于表面硬度远高于铜线，即使润滑，对铜导线的损伤也是较大的；碳滑板对导线损伤小，但碳条的强度低，容易断裂，导致弓网障碍概率大；浸金属碳滑板基本解决了碳滑板强度低的问题，但使用过程中需要整形，成本高并且后期维护工作量大；而碳基复合材料将是今后的主要发展方向，它从力学性能、导电性、磨损性等方面分析，综合提高受电弓的动态受流性能。
4 弓网关系的评价标准
弓网系统是一个整体，评价其性能好坏必须评价受电弓与接触网之间的相互作用，各国采用不同方法对弓网关系进行研究，形成了不同的认识。日本进行弓网关系评价的依据有：波动传播速度；离线率；弓网接触压力；接触线的抬升量；接触线的应力。德国提倡基于静态指标和动态指标全面地评价弓网关系，包括静态弹性、弹性不均匀度、安全系数等静态指标和接触压力、接触线动态抬升、动态弹性、波动传播速度、无量纲速度、多普勒系数、反射因数等动态指标。法国则采用接触线抬升量、跨中受电弓振幅、离线率和接触压力标准偏差对弓网关系综合评价，当综合量化指标小于11时，才适合高速铁路运行。
我国目前尚无完善的弓网关系评价体系，主要参考国际通用标准，以接触压力、接触线动态抬升量、冲击加速度、硬点加速度、电弧、离线率和滑板振动幅度作为评价指标，然而全面、系统地高速试验较少，有效的动态线路测量数据有限。
5 展望
弓网系统是一个涉及电气、机械、材料等学科的复杂系统，要取得良好的效果，需要综合分析各种因素，而中国高速铁路研究才刚刚起步，以下几个问题亟待解决：
（1）国内外干线主要还是采用铜合金导线及以碳结构为主的受电滑板，应加大碳基复合材料的应用力度。
（2）加快仿真平台的开发速度，使仿真能够最大程度地反映弓网系统的实际工作状态。
（3）为了给弓网系统的研究提供充分的测量数据，应加大实验环节的投入，建立高速试验线，并重点研究特殊区段处弓网之间的相互作用关系。
（4）在评价弓网关系时，不仅要考虑弓网系统受流质量和运行安全性，还要考虑投资额以及对环境的影响等因素。
参考文献
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