电气化高速铁路接触网线谱的研究.doc

电气化高速铁路接触网线谱研究 刘志刚*（电气工程学院） ? 1研究意义 铁路是国家的重要基础设施和国民经济的大动脉，我国制订了宏伟的高速铁路发展规划。到2010年，我国高速铁路的里程数将超过目前全球高速铁路里程数的总和，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，建设客运专线1.6万公里以上，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50%。轨道交通电气化牵引是目前所知能源利用率最高、最节能环保的轨道交通牵引方式，因此，目前所有新建轨道交通，无论是高速、重载，还是城市轨道交通，几乎全部采用电力牵引。然而，如何保证和评价高速铁路电力牵引的受电质量是影响高速铁路运行最重要问题之一。 接触线是电气化高速铁路供电系统中接触网的主要元件，担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。在列车运行时，受电弓通过与接触线滑动接触而取得电能传送给电力机车，因此，弓网之间的可靠接触是电力机车良好受流的重要条件。由于在列车运行中，接触线、受电弓及线路形成了一个复杂的振动系统，特别是随着列车运行速度的提高，振幅加大，弓网之间的接触状态也越不稳定，其带来的直接后果：一是弓网接触压力忽大忽小从而加剧弓网磨耗或产生离线，影响受流质量；二是接触导线动抬升量加大而使受电弓与接触悬挂零部件发生碰撞，影响行车安全；三是加剧导线弯曲应力从而使接触导线产生疲劳甚至断裂，影响使用寿命。因此，怎样划分和衡量接触线的不平顺状态，一直是电气化铁路倍受关注的研究课题，也是目前电气化高速铁路亟需解决的主要问题之一。 本课题通过对高速铁路接触网中接触线和受电弓之间关系的深入分析和研究，基于大量高速铁路接触网的实际检测数据和仿真模型，进行大量数据分析和数据统计，研究接触线不平顺的谱估计、相关函数、谐波分析和噪声估计等，尝试提出有效构造高速铁路接触网线谱的方法。揭示出隐含在看起来复杂无章、不规则的接触线不平顺随机波形中的许多重要信息，对研究受电弓和接触线的各项性能，合理地设计接触线悬挂系统，更科学地评价接触线的平顺状态等诸多方面有重要的意义。 初步建立一套电气化高速铁路接触网线谱理论及应用体系，将对于我国高速铁路接触网的安全运行和有效评价提供重要的支持，具有广阔良好的应用前景。主要体现如下： （1）可利用高速铁路接触网线谱分析，来发现早期出现的肉眼尚难辨识的波浪形磨耗，识别波形磨耗的波长和严重程度，还可以通过波长成份和谱密度的异常变化来分析接触线的病害； （2）可以对电气化高速铁路选择的接触悬挂设计参数和适配的受电弓类型与参数进行有效验证； （3）在已知的线路条件、运行速度及接触网与受电弓的技术参数时，可以有效地评价该接触网、受电弓的受流性能； （4）设定一定的电气化铁路线路悬挂条件，一定的运行速度，可以优化接触线的技术参数，对实际线路的接触网进行优化设计； （5）根据给定的电气化高速列车运行速度和接触网的悬挂类型，可以优化受电弓的结构及其技术参数； （6）根据既有电气化线路条件，可以研究提速的可能性、可行性及对既有接触悬挂应采取的技术改造与改进措施。 因此，研究接触线不平顺状态以及接触线不平顺状态对弓网受流的影响，对高速电气化铁路的发展有着重要的现实意义。 2国内外研究现状及发展动态分析 由于我国以前的铁路运输速度很低，弓网之间的受流情况反应不明显，对接触线不平顺状态的检测和评价也不够重视，关于这方面的研究比较少，已有的检测方法主要是在受电弓两端安装压力传感器。对受电弓与接触网的检测，一般分为静态检测和动态检测两大类。静态检测主要是测量接触网接触悬挂各部分的静态尺寸，尤其是接触线的高度、抬升量、静态压力和“之”字值。通过静态测量，可以检查接触网是否严格按设计要求安装或者经过一段时间运营后，检查接触网的尺寸是否偏离了设计给定的数据，因而静态测量只反映接触网的静态位置。静态测量的传统方法为逐点测量，既费时又费力。弓网检测技术是随着铁道电气化的发展而产生的，发展弓网检测系统较早的是前联邦德国，早在1951年就在线路上进行了包括空气动力学特性、受电弓特性、质量，接触悬挂的振动及受流等试验；其后，法国也进行了大量的实际线路受流试验；日本对弓网检测技术也做了大量的研究和试验，开发出一系列根据不同的要求而设计的接触网检测车；奥地利在光学非接触法检测接触网参数的研究中取得了很大的进展。国外对弓网的检测一般都是根据本国实际情况，选择合适的侧重点进行的，例如，德国把弓网间的接触压力作为检测重点，而日本则突出检测弓网离线和接触网磨耗。我国弓网检测系统研究起步于上世纪60年代，主要使用接触网检测车对接触网相关参数进行检测。利用接触网检测车对接触网的检测实际上是在列车运行中检测接触网自身结构及受流系统的各项机械和电气参数，借以评价接触悬挂和受电弓的性能，检查接触网工程质量和运营质量。目