CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施文档格式.docx
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TypeCRH3emu;
Pantographsoftconnection;
Supportinsulator;
Fault;
Improvementmeasures
1.引言
受电弓是动车组极其重要的电器部件，用来把接触网25kV的电能传导给车内高压设备。
350km/h的CRH3型动车组采用SS400型受电弓。
自从2008年7月1日试运行以来，截至10月30日，京津城际客运专线运行的6列CRH3型动车组平均累积走行公里为12万km。
由于受电弓具有较好的气动力模型和气流调整装置，能有效改善受电弓的气动力稳定性，保证弓头位置稳定，整体性能基本适应动车组运行需要。
但受电弓各软连线、支持绝缘子磨损断裂较为严重（软连线、绝缘子新品使用时间分别仅为6天与18天），不仅造成工作量和材料成本的增加，而且还容易造成受电弓各轴承的电蚀和绝缘距离的降低，影响受电弓的正常性能的发挥。
在这期间已更换受电弓24根软连线、32个支持绝缘子，换修率明显高于其他电器部件【1】。
2.受电弓的发展和构造
在中国科技高速发展的今天，动车具有清洁环保、高效节能等优点，在铁路运输中发展迅速，是今后铁路交通发展的一个重要方向。
正是因为它的大力发展，也突显了受电弓的故障问题。
动车组安全运行的关键部件就是受电弓，它是动车组从接触网上传递能源并获取能源的装置。
受电弓安装在动车的顶部，受电弓在使用的时候会上升，与接触网接触，将接触网上获取电流，然后将电流从动车的顶部向动车的底部传送，使动车可以正常的运转。
在动车停止时，受电弓不会升起而是贴在动车的顶部。
受电弓是动车组与电流之间衔接桥梁，受电弓的好坏会影响动车组在运行过程中的安全问题，现在普遍在对动车进行提速，对于受电弓的性能也提出了比较高的要求，对于受电弓容易出现故障的原因，做出相关处理的措施，对受电弓定期的检测和故障处理，让动车组能够安全的运行。
3.受电弓故障原因
首先是接触网与受电弓的不匹配产生的问题。
对于接触网的标准悬挂就是使悬挂的接触网弹性均匀。
但是这个似乎很难做到，因为接触网的悬挂受到外部环境的影响，所以每一段的弹性都是存在差异的，有些地方安装了过重的装置，就会导致高速运行的动车组的受电弓剧烈波动，就会损坏受电弓。
这种现象下的征状就是硬点，在现有的接触网条件下，动车组的速度越快硬点征状就越是突出。
这并不是一个很好的现象，接触网的剧烈波动会导致它磨损程度的加剧，也对受电弓产生撞击性损害。
其次是动车组在高速运行中空气的摩擦力对于受电弓的影响。
在动车组保持运动过程中，空气的阻力会对高速运动的列车产生影响，对于动车顶端的受电弓也会产生一定程度的影响。
在动车运行中，受电弓需要上升与接触网接触，产生振动，而在这一过程中，空气的流动在加速，使受电弓受到空气阻力摩擦的作用，会对动车顶部的受电弓产生较大的影响。
第三是受电弓与动车顶端链接不当，动车在高速运行过程中受电弓在频繁工作，如果受电弓链接不当造成的断股，就会造成链接部位的磨损，影响受电弓的使用寿命。
现在受电弓的软连线形状多以扁平形结构，在空气阻力和链接面积相同的情况下，这部分受到的压力是比较大的，受电弓软连线截面形状不当造成的软连线容易断股。
这就会造成很多危险，比如局部电流增大，软连线链接的部分温度过高，这样增大了链接部分的电阻，软连线容易发生热脆，使受电弓发生故障。
总体来说受电弓故障的主要原因有：
接触网与受电弓的不匹配产生的问题，空气的摩擦力对于受电弓的影响，受电弓与动车顶端链接不当，碳滑条磨损严重，网线故障，受电弓碳滑条龟，裂检修工艺不太完善，检修人员专业技能不熟练。
动车组在运行过程中受到不可抗力的影响，使受电弓不能正常运行，出现故障。
4.原因分析
4.1接触网硬点及弓网匹配产生的交变剪切应力
接触网接触悬挂的一个重要指标就是弹性均匀，由于接触悬挂本身存在弹性差异，如果在接触悬挂或接触线的某些部位有附加重量、偏斜的线夹和安装不良的分相分段器，在电动车组高速运行情况下，受电弓就可能出现不正常波动或摆动，甚至出现撞弓、碰弓现象。
形成这种现象的本征状态称为硬点。
硬点是一种结构的本征缺欠，并且是相对的，在已定的接触网结构下列车速度越高硬点表现越明显。
硬点是一种有害的物理现象，它会加快接触导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害，撞击力还会向受电弓其他部件传递。
运行中为保证牵引电流的顺利流通，受电弓和接触线之间必须有一定的接触压力[SS400型受电弓接触压力为（80±
10）N]，接触导线在受电弓抬升作用下会产生不同程度的上升，从而使受电弓在运行中产生上下振动，使受电弓产生一个与其本身归算质量相关的上下交变的动态接触压力。
该接触压力和硬点产生的撞击力会使受电弓的上、下臂及下臂、底架之间产生持续不断的相对转动，使臂杆之间及上臂杆与弓头之间的软连线不停地伸缩或扭动，交变剪切应力的作用导致软连线过早断裂【2】。
4.2动车组空气动力对受电弓部件的影响
动车组运行中，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响，同时对车顶受电弓的运行也产生一定的影响。
受电弓作为一个弹性机构，通过自身结构保持与接触网导线的接触压力，在运行过程中，受到运行动态力的影响，使其在运行中的振动变得非常复杂。
除此，受电弓在运行中还受到空气流作用产生的一个随速度增加而迅速增加的气动力。
从风洞试验结果来看，动车组表面压力在头车车身、拖车和尾车车身区域为低负压区。
在有侧向风作用下，动车组表面压力分布发生很大变化，当列车在曲线上运行又遇到强侧风时，尤其对车顶部件表面压力的影响最大。
4.3动车组会车时对受电弓部件表面压力的影响
在一列车与另一静止不动的动车组会车以及2列等速或不等速相对运行的动车组会车时，将在静止动车组和2列相对运行动车组一侧的侧墙上引起压力波（压力脉冲）。
这是由于相对运动的动车组车头对空气的挤压，在与之交会的另一动车组侧壁上掠过，使动车组间侧壁上的空气压力产生很大的波动。
试验和计算表明，动车组会车压力波幅值大小与速度有关，随着会车速度的大幅度提高，会车压力波的强度将急剧增大。
由试验可知，当头部长细比γ为2.5，2列车以等速相对运行会车时，速度由250km/h提高到350km/h，压力波幅值由1015Pa增至1950Pa，增大近1倍。
4.4受电弓软连线截面形状不当造成的断股
软连线由很多细导线编织而成，由于动车组在运行中其动作次数比较频繁，如果软连线的截面形状和连接方式不当，就会造成软连线逐渐折损。
目前，软连线截面形状为扁平矩形结构，在相同的截面面积和空气动力的情况下，该截面结构软连线所受的压力值较高，而从材料力学角度分析，该结构的抗弯曲和剪切许用应力值又较小，其边缘部位又存在一定的应力集中，造成软连线容易断股。
软连线断股后，由于单位面积电流的增大，导致软连线及连接座的温度升高，从而使接触电阻增大，造成恶性循环，致使软连线热脆性增强。
4.5受电弓支持绝缘子硅橡胶伞裙为柔性材料
受电弓支持绝缘子是由有机合成材料组成的复合结构绝缘子，主要由芯棒、金具、伞裙护套和粘接层组成。
硅橡胶伞裙护套是合成绝缘子的外绝缘部分，其作用是使绝缘子具有足够高的抗湿闪和污闪性能，保护芯棒免受大气侵蚀。
金具是合成绝缘子的机械负荷的传递部件，它和芯棒组装在一起构成绝缘子的连接件，伞裙护套与芯棒之间用粘接胶进行粘接。
由于硅橡胶绝缘子的伞裙是柔性材料，动车组在高速运行时，绝缘子背风面伞裙在空气流作用下产生较高的负压，在交会列车及速度变化时绝缘子周围空气动力长期作用，易出现交变舞动和振动变形，最终造成伞裙与护套连接处逐渐裂损【3】。
5.改进措施建议
5.1加强接触网检测减少硬点数量
CRH3动车组在京津城际客运专线投入正式运行，其对动车组受电弓和接触网的关系要求是很高的。
良好的受流条件是动车组的有关设备正常运行的前提，也是接触网寿命延长的关键。
对于高速电气化铁路接触网，硬点的检测是十分重要的。
加强接触网检测和调整、完善，减少硬点数量，能大大降低交变的动态接触压力的变化范围，减小受电弓所受的冲击和振动。
5.2改变受电弓软连线截面形状
将软连线截面形状由平矩形结构改为圆形，圆柱形表面的迎风处正对来流方向为正压区，沿曲面向两侧，正压逐渐减小变为负压。
在相同的截面面积和空气动力的情况下，该截面结构软连线所受的平均压力值较低，另外，该结构的抗弯曲和剪切许用应力值又较高，软连线不易断股。
5.3改善受电弓支持绝缘子机械性能
绝缘子伞裙与护套连接处裂损，可大大降低绝缘子的爬电距离，在连续雨、雾等潮湿条件的天气情况下极易发生放电闪络。
因此，改善并保证其机械性能尤其是撕裂强度的稳定性是保证支持绝缘子外绝缘伞套良好的抗漏电起痕和蚀损性能、增水性及抗老化性的关键。
有关厂家应合理选择配方，在确保硅橡胶耐紫外线性能和热稳定性的前提下，加强对原材料质量的检验和对添加剂、补强剂使用质量的分析监控。
通过比较和近3个月的运用表明，CRH3型动车组车顶高压跨接电缆目前采用的硅橡胶支持绝缘子伞裙机械强度优于受电弓支持绝缘子，能适应350km/h速度等级要求。
CRH3型动车组受电弓支持绝缘子已更换为此类绝缘子。
6.如何避免受电弓故障频发
受电弓是动车组安全运行的关键部件，是沟通动车组与接触网的桥梁，是动车组从接触网上获取能源并传递能源的唯一部件。
因此，在动车组运行途中受电弓产生故障，我们应该及时妥当处理，保证动车组安全运行。
所以要检查电弓运行中的磨损情况，坚固碳条安装，完整电头集，检查受电弓是否有变形等症状。
检查轴承和受电弓的链接处是否保能够灵活升降。
检查底架橡胶应水平安装防止它变形。
检查升弓装置有无问题，能否灵活升降。
检查连接线各处是否破损，链接的部分是否紧密，是否有接触不良的问题。
保持升弓状态，听升弓状态的声音，可以检测出受电弓气阀板是否有故障，电弓气阀板需要牢固安装，防止漏气，其次是要看气压是否在正常范围内。
对受电弓经常发生故障的地方进行接触网的检查，将故障反应到相关维修部门，对此地方进行检修。
由专业技术人员对检修人员进行培训，对受电弓的工作原理、易发生的故障、如何解决受电弓的突发故障进行系统的培训。
使检修人员、掌握新技能，方便解决受电弓出现的故障。
了解运行路段状态，填写信息反馈表。
并将修复后的结果告知动车组。
7.结论
自2008年8月，通过对京津客运专线的6列CRH3型动车组的受电弓软连线和支持绝缘子进行改进，从试验和运行情况看，有效地防止了软连线断股、伞裙撕裂故障的发生【4】。
另外，针对CRH3型动车组车顶绝缘子数量比较多，安装结构特殊，运行速度高，冬季更易发生绝缘子闪络的特点，各级运输主管部门、科研机构和运用单位要紧密协作，未雨绸缪，切实提高绝缘子质量，最大限度地消除冬季雾霜潮湿天气对接触网供电的影响。
参考文献：
［1］铁道部运输局，北京交通大学.动车组概论［M］.北京：
铁道部运输局，北方交通大学，2005
［2］吴积钦.电气化铁道接触网硬点检测装置［J］.铁道学报，1999，21（S1）.
［3］崔江流，宿志一．我国输电线路硅橡胶合成绝缘子的研制与应用［J］．电力设备，2000（3）.
［4］唐山轨道客车有限责任公司.SS400型受电弓［Z］.唐山：
唐山轨道客车有限责任公司，2008.
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