贾丽军
包神铁路集团机务分公司
摘要：电气化铁路受电弓与接触网之间的匹配关系(简称弓网关系)是系统运行的重要关系之一，同时也是现有列车速度重要限制因素之一。对整个电气化铁路的正常运作起着重要的作用，由于列车运行速度提升及硬点等原因，列车在运行过程中受电弓与接触网发生离线而产生电弧，造成电力机车中牵引电机等负载的不正常工作。弓网之间电接触温升过高会影响接触网的机械特性和电气特性，加速接触网劣化，产生安全隐患。当前电气化铁路由于弓网匹配失当引发的受电弓磨损加剧、接触网烧断、弓网电弧过电压剧烈等问题突出。亟需建立弓网电接触模型分析弓网电接触过程的温升特性，获得接触网结构设计与列车负荷特性设计之间的关系，确保弓网系统安全可靠性。
关键词：电力机车；电弓控制；原理分析
引言
在整个电力机车运营系统中，“离线”是制约电力机车提速的关键因素。受电弓一旦离线，供电问题会直接产生，并伴有电弧火花，从而对沿途的通信线路产生干扰，严重影响电力受流装置的控制系统不能正常运行。目前，随着电力机车运行速度和铁路运输量的不断提升，研究弓网离线检测技术成了铁路局及下属机务段迫切面对的首要问题之一。
1接触压力对弓网电接触的影响
选择合适的接触压力是保持曲线网应力流的主要因素之一，导致曲线网磨损较大，接触压力较小时阻抗阻力较大，电张紧板和管线温度较高，导致曲线网热变形和寿命较短。研究表明，在低压电动机的电网节能系统中，由于电压波动，电网通常会产生曲线弧，其磨损外观取决于曲线的抗拉强度，并且随着负荷的增加，磨损程度会降低。接触压力高时，磨损度主要是机械性的，磨损度随载荷增大而增大。本研究还表明，接触弧网时，存在最佳载荷值，可将滑板系统磨损降至最低。[4]陈忠和[4]通过数据拟合，开发了电流相对需求系数、磨损率以及电流、速度和压力的预测模型，用于确定电网在电流和转速特定阶段的最优负荷。这对于在实际设计中使用网面以及延长滑棒寿命至关重要。
2弓网离线产生的原因大致有四个方面：
一在电力机车运行速度很高的情况下，受电弓会垂直加速度，导致接触线产生振动，受电弓接触不良，从而造成电弧、弓网离线；二弓网间的接触压力会随着运行速度的不同而产生不同，机车的高速运行会很大地磨损受电弓，增加接触线压力。而机车的慢速度运行，可以分离弓网，降低接触线压力，从而导致电弧产生灼热，从而使接触线烧伤，导致电弓滑板烧伤；三由于接触网重量较为集中，在分段绝缘器、电连接线夹、接触线接头线夹等线夹处，受电弓高速通过时，容易造成硬点冲击，弓网间的接触力会发生变化，引起离线。并且接触导线的材质、工艺等也会导致弓网离线；四从一个高度过渡到另一个高度时，接触导线会形成一定的倾斜度，完成从高到低的变化。一段选择不当，接触导线会引起电力机车离线问题。
3HXD1C电力机车网络控制系统拓扑结构
HXD1C电力机车网络系统为分布式列车电子控制系统，各个功能模块分布安装在两个司机室及其机械间低压电器柜内，通过绞线式列车总线WTB、多功能车辆总线MVB进行通讯，并且车辆上的功能单元如：BCU、TCU也是通过多功能车辆总线MVB与网络进行通信。网络控制系统模块组成：中央控制单元CCU、司机室输入输出单元CIO、传动控制单元TCU、机械间输入输出单元MIO、制动控制单元BCU、列车供电控制单元ETS、以太网交换机单元ESU及微机显示屏IDU。
4运行速度与弓网接触温升
考虑露天环境温度值20℃(293K)，线路情况，接触线拉出值250mm，接触线短时(10－4s级)发热情况温度受表面散热影响较小，外侧气流对接触网散热的影响较小。当通流4080A时(单滑板受流454A)电力机车运行速度30～140km/h时，受电弓与接触网间温度计算结果如图4所示。弓网接触温度超过301K。增大运行速度，弓网接触时间变短，弓网接触温升降低，当机车运行速度为135km/h，弓网接触温度接近环境温度。弓网接触温度计算结果如图5所示。弓网接触温度299K，低于拉出值为250mm的情况。
5 HXD1C电力机车网络控制系统
逻辑控制关系中央控制单元CCU组成由车辆控制模块VCM、WTB/MVB网关GWM和记录存储模块ERM构成，各个模块之间通过车辆总线MVB连接。实现车辆级过程控制、通信管理控制、显示控制、故障诊断、列车级过程控制、列车总线管理、列车级数据通信、数据记录、数据转储功能网络控制系统CIO：CIO在司机室右侧司机台下方低压柜的布局（从上到下依次为DIM、DXM和AXM模块）。司机室输入输出单元CIO由数字量输入输出模块DXM、数字量输入模块DIM、模拟量输入输出模块AXM构成，各个模块之间通过车辆总线MVB连接。将车辆间电气信号转换成控制信号，经由列车控制网络传送给CCU的车辆控制模块VCM，完成各种控制功能；控制信号输出：将网络控制信号转换成电气信号，控制如继电器等设备。机械间输入输出单元MIO由数字量输入输出模块DXM（E31-E36）、数字量输入模块DIM（E37）构成，各个模块之间通过车辆总线MVB连接。输入信号采集：将车辆间电气信号转换成控制信号，经由列车控制网络传送给CCU的车辆控制模块VCM，完成各种控制功能。控制信号输出：将网络控制信号转换成电气信号，控制如继电器等设备。网络控制系统IDU：列车信息显示：向车辆驾驶人员和维护人员提供车辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理等功能。参数设定：对轮径值、列车重量、站点、时间日期等参数进行更改与设定。
6材料对弓网电接触的影响及发展
滑板材料对滑动段接触的影响，以及以前主要使用铜、钢、二氧化碳电弧的电动汽车的发展。纯铜具有良好的导通性，但纯铜比其他金属具有更多的亲属和力量，容易接触线磨损和磨损。由于机械强度高，材料方便，成本低，钢板采用高硬度和易磨损的接触管道。因此，在使用机械强度较高的钢导线段时，需要进行润滑操作。纯二氧化碳滑板具有良好的导热性，但机械强度低，磨损不均匀，使用寿命短。为了提高滑板的电气接触性能，相关研究人员开始开发各种金属束缚物。
结束语
本文介绍了HXD1C型电力机车DTECS网络控制平台为基础的微机网络控制系统，并通过示意图展示了HXD1C型电力机车网络控制系统各控制单元之间的逻辑控制关系；针对受电弓的升弓条件，重点分析了HXD1C电力机车升弓控制原理，并讨论了HXD1C电力机车降弓控制，得出HXD1C电力机车受电弓控制过程是：在占用端司机室，司机通过推动“升弓”或“降弓”扳健开关，网络控制系统CCU检测受电弓升弓或降弓条件是否满足，受电弓电空阀得电或失电，完成升弓或降弓。通过受电弓控制阀板上的压力开关向CCU反馈压力信号，实现对受电弓的监控，并在微机显示屏IDU上显示相应受电弓的状态信息或故障信息。
参考文献
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