受电弓与接触网系统工程课件

受电弓与接触网系统工程接触网系列讲座业务学习版受电弓与接触网系统工程接触网系列讲座业务学习版电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统；牵引供电负荷为电力系统的一级负荷。牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断、可靠和安全地运行；从技术角度看，牵引供电系统包括电力牵引系统的全部固定设施；可以细分为牵引电能的产生、传输和馈出，以及运行中的电力牵引车辆受流。牵引负荷变化且移动。根据距离决定牵引供电系统的电流制式：（1）短距离运输通常使用直流供电制式，如：DC750V、DC1.5kV、DC3.0kV等；（2）长距离运输通常使用交流供电制式，如：AC15kV、AC25kV等。电力牵引供电电力系统牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断、可靠和安全集电系统是由相互作用又相互依赖的集电器和接触网结合而成的、具有向电力牵引车辆输电功能的有机整体，是牵引供电系统的组成部分。集电系统的组成集电系统是由相互作用又相互依赖的集电器和接触网结合而成的、具①整体性——包含集电器、接触网两个元素；②相关性——系统的两个元素相互作用、相互依赖；③目的性——系统有明确的目标和特定功能：传输电能；④适应性——适应电力牵引单元的运行环境：温度、风雨冰霜、雷击过电压、大气中的活性物质等；⑤等级结构性——可以分为许多等级层次的子系统：结构、零部件、材料。集电系统的组成系统特征学科体系马克思主义哲学桥梁自然辩证法、系统论、认识论、方法论、审美观等学科基础数学、物理、化学、自然科学、系统科学等专业基础电路、工程力学、电机学、高电压技术、电力系统等工程技术供电系统、变电所、接触网、受电弓等工程实践①整体性——包含集电器、接触网两个元素；集电系统的组成系统特集电系统的型式依据互连互通需要与综合比选，决定使用何种型式弓网系统或靴轨系统向列车传送电能。集电系统的型式依据互连互通需要与综合比选，决定使用何种型式弓受电弓受电弓集电靴弓网系统靴轨系统集电系统接触网遵循受电弓，供电轨遵循集电靴，就像鞋遵循双脚一样。集电系统的分类接触网系统架空接触网系统供电轨系统架空接触网供电轨架空供电轨受电弓受电弓集电靴弓网系统靴轨系统集电系统接触网遵循受电弓，接触点（纽带）固定设备移动设备机械作用电气作用电能传输！两个振动子系统小接触面传输大电流摩擦磨损（接触力与抬升）（接触电阻与燃弧）（机械磨耗与电气磨耗）安全性适用性耐久性材料组合弓网系统的核心问题世界上具有代表性的高速铁路列车，毫无例外地使用弓网系统取流。接触点（纽带）固定设备移动设备机械作用电气作用电能传输！两个可靠性的基本概念接触网：特殊型式的输电线路，其中的接触悬挂是受电弓的机械滑道。接触网由各种结构组成；首先，结构决定功能。在要素既定的条件下，一般来说，有什么样的结构就有什么样的功能；其次，功能反作用于结构。结构的主要作用是承受外部和内部因素所产生的载荷和环境（使用条件）；接触网包括相当数量的构件，结构的可靠性与寿命主要取决于其中的关键构件；关键构件：在任何使用情况下，失效会导致接触网结构或主要部件的破坏，使接触网丧失部分或全部功能的那些构件；通常若干零件组成一个构件，若干构件组成一个部件，若干部件组成整体结构。弓网系统的核心问题可靠性的基本概念接触网：特殊型式的输电线路，其中的接触悬挂是安全性：①接触网结构应能承受在正常施工和正常使用期间（设计基准期）内可能出现的各种载荷、外加变形、约束变形等的作用——承载能力；②在设计规定的偶然载荷（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌或连续破坏——鲁棒性。适用性：指结构在正常使用条件下具有良好的工作性能。例如电气参数（电压范围与载流量）符合要求，不发生影响正常使用的过大变形（支柱有过大的晃动与扭动、支持与定位结构有过大的偏转、线索过大的偏移等）、过强烈的振动（过大的接触线抬升和接触力）以及让人感到不安的弓网燃弧等。耐久性：在正常使用和正常维修条件下，在设计基准期内，结构具有足够的耐久性。例如，不发生超出预期的零部件疲劳与氧化（锈蚀）、接触线磨耗、绝缘子污秽等。弓网系统的核心问题弓网系统的安全性、适用性、耐久性需要兼顾，三者遵循对立统一规律!可靠性的基本概念安全性：①接触网结构应能承受在正常施工和正常使用期间（设计基可靠性的基本概念结构可靠性：结构在规定的时间（设计基准期）内，在规定的（正常的设计、施工与维修）条件下，完成规定功能的能力，包含：安全性、适用性和耐久性。结构可靠度：结构可靠性的概率度量，是在规定的时间（设计基准期）内，规定的（正常的设计、施工与维修）条件下，结构不失效的概率。结构耐久性：结构在规定的使用和维修条件下其使用寿命的一种度量。结构的使用寿命：从制造完成到出现不可接受的故障率时的寿命单位数。对于接触网而言，其结构可靠性要求主要是指在指定的使用寿命（设计基准期）终止时，结构必须达到指定的可靠度指标。弓网系统的核心问题可靠性的基本概念结构可靠性：结构在规定的时间（设计基准期）内从来就是以仿制为主，从系统指标到零部件载荷、从零部件载荷到零部件寿命长期联系不上，接触网无法形成扎实详尽的自有理论、试验基础和设计依据；质量控制过程形同虚设，接触网设计、施工、零部件制造以及受电弓运行中的各种不确定因素的耦合作用，使零部件遭遇到的工况要比正常远为恶劣，寿命消耗快、故障爆发多实际上是必然的结果；作为一个后起的工业追赶国家，功利投机心态强，往往是只要措施有效，便无所谓机理不明；机理不清楚下凭借浅薄经验和主观猜测提出的设计方案、优化措施，其效果如何几乎只能取决于运气。弓网系统的现状弓网系统涉及电气、力学、材料等多个学科，内容综合而繁杂，需要利用各领域专业知识解决问题，但一些关键技术在轨道交通以外均不使用，不能依靠其他领域。从来就是以仿制为主，从系统指标到零部件载荷、从零部件载荷到零随着列车运行速度的不断提高，以及电气化铁道路网规模的不断扩大，弓网系统的结构耐久性不如预期，尚须努力建立健全：（1）一个受电弓与接触网系统的理论体系（2）一个接触网的全寿命周期成本管理周期（3）一个接触网的工程质量控制过程（4）一个受电弓与接触网的动态相互作用（5）一个接触网以可靠性为中心的维修体系（6）一个受电弓与接触网系统的实验平台（7）一个受电弓与接触网系统的标准体系“七个一工程”中国是电气化铁道大国，但还不是电气化铁道强国。弓网系统的技术体系弓网系统的“七个一工程”构成一个有机的整体。随着列车运行速度的不断提高，以及电气化铁道路网规模的不断扩大机械：静态特性动态特性电气：温度弓网接口：接触点集流量材料组合动态性能几何参数机械：静态特性、动态特性电气：载流量、短路载流量、防雷、接地与回流系统与要素：（1）系统通过整体支配和控制要素；（2）要素通过相互作用决定系统特征和功能；（3）系统和要素的概念是相对的。结构与功能：（1）结构是系统的内在根据，功能是要素与结构的外在表现，一定的结构总是表现为一定的功能，一定的功能总是由具有一定结构的系统实现；（2）功能对结构具有相对独立性，同时还对结构具有反作用。系统的组成弓网系统的理论体系机械：弓网接口：机械：系统与要素：（1）系统通过整体支配和控电压和电流——分段、分相、供电臂与绝缘强度载流量和保护措施——发热与温升回流与接地——轨道电位电磁干扰源——电磁感应无脱弓——拉出值、高度无障碍——动态包络线寿命——疲劳、磨耗（机械+电气）接触力、抬升材料组合取流量运行速度接触网输电线路接触悬挂接触网是特殊的输电线路，其中的接触悬挂兼做受电弓的机械滑道。接触网的可靠性——在规定时间（设计基准期）内，在规定条件（设计时所确定的正常设计、正常施工和正常维修条件）下，完成规定功能（输电+滑道）的能力，包含：安全性、适用性和耐久性等方面，使用可靠度度量，即完成“预定功能”的概率度量。受电弓弓网系统的理论体系受电弓与接触网动态相互作用电压和电流——分段、分相、供电臂与绝缘强度载流量和保护措施—弓网系统的理论体系电压与电流列车能耗：线路阻抗等于架空接触网阻抗与电流回路阻抗之和，直流电路仅有电阻。电流制式标称电压U（V）最低持续电压Umin1（V）最高持续电压Umax1（V）最长持续时间5min的最高非持续电压Umax2（V）DC750V750500900950DC1.5kV1500100018001950AC15kV15000120001725018000AC25kV25000190002750029000弓网系统的理论体系电压与电流列车能耗：线路阻抗等于架空接触网弓网系统的理论体系载流量与保护措施定义：在规定条件下，导体能够连续承载而不致使其稳定温度超过规定值的最大电流。接触网必须具备一定的载流量以便经受住热负荷。载流使接触网导线产生温升，并通过辐射和对流将热量散发到周围环境中，太阳辐射同样使导体发热，需要考虑三种情况：①短时电流（起动与制动）；②持续电流；③短路电流（无外部热量交换）。设置保护的目的：排除或减少对直接或间接暴露或与故障电流电压接触的人员伤害；使接触网设施、设备的损坏降至最低限度；维持牵引供电的最佳工作效率；提供和处理有助于故障分析的信息。弓网系统的理论体系载流量与保护措施定义：在规定条件下，导体能弓网系统的理论体系载流量与保护措施发热——冷拔铜导线的长期发热会造成再结晶，导致导线永久性伸长，且抗拉强度下降。温升与抗拉强度TB/T2809-2005：铜合金接触线工作温度：95℃；允许最高工作温度：150℃。计算条件：最高环境温度：35℃；风速：0.5m/s；日照强度：1000W/m2。弓网系统的理论体系载流量与保护措施发热——冷拔铜导线的长期发弓网系统的理论体系载流量与保护措施永久故障与瞬时故障瞬时故障(＞80%)90%永久故障的产生由接触线引起CWH：接触线高度SH：结构高度CLTRACK：线路中心线1：负馈线2：回流导体3：承力索4：接触线弓网系统的理论体系载流量与保护措施永久故障与瞬时故障瞬时故障弓网系统的理论体系回流与接地牵引电流是受电弓从接触网集取并向铁路牵引车辆供电的电流。牵引电流必须具备回流路径；总回流应等于流经接触网的电流。走行轨作为回流的导体；轨道敷设在地面上，其长度远远大于宽度。钢轨与大地之间的电阻有限，并且钢轨中存在纵向电阻，导致部分回流流入大地并经大地流回变电所；在变电所附近，这股电流又流回走行轨，并流入变电所的接地系统；流经钢轨、大地及其他所有铁路附近与铁路并行的金属导体，如电缆外壳和管道的电流总值等于流入列车的牵引电流值。弓网系统的理论体系回流与接地牵引电流是受电弓从接触网集取并向弓网系统的理论体系回流与接地回流流经有电阻的钢轨，会产生轨电位；在钢轨上连接金属导电零件，减小电位差，以消除人身伤害的可能性，这些措施统称为接地。大地：导电的土壤，参考点，任一点的电位均为零；接地体：一个或多个与土壤紧密连接的导电体，提供与大地的电气连接；土壤电阻率：土壤的导电性能；地电位：接地体相对于远处大地之间的电压差，由电流与对地电阻决定；轨电位：走行轨中的牵引回流引起的电位；接触电压：人站在发生接地短路的故障设备旁边，距设备水平距离0.8m，用手触及距地面1.8m设备外壳，此时手与脚两点之间呈现的电位差。弓网系统的理论体系回流与接地回流流经有电阻的钢轨，会产生轨电弓网系统的理论体系回流与接地标准规定的接触电压与钢轨电位运行状况容许接触电压（V）容许钢轨电位（V）持续时间(t＞300s)60120持续时间(t≤300s)65130故障时间(t=100ms)8421684注：维修车间25V弓网系统的理论体系回流与接地标准规定的接触电压与钢轨电位运行弓网系统的理论体系回流与接地交流铁路的牵引回流与接地示意图弓网系统的理论体系回流与接地交流铁路的牵引回流与接地示意图弓网系统的理论体系回流与接地牵引变电所的回流与接地示意图弓网系统的理论体系回流与接地牵引变电所的回流与接地示意图弓网系统的理论体系电磁感应弓网系统的理论体系电磁感应（4）几何参数（2）材料组合接触线应在受电弓和弓头的工作范围内合理布置接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电流很大程度上取决于接触线和滑板的材料（1）接触点集流量（3）动态相互作用接触点处的滑板和/或接触线均不应出现过热弓网是两个振动子系统，取决于受电弓与接触网的特性以及运行环境，接触力和接触线抬升应控制在一定的动态范围内弓网电接触涉及上述各方面，主要解决静态接触温升、摩擦磨损与热侵蚀三个方面的问题：欲控制静态接触温升就需要控制静态接触电阻和静态取流；欲控制静态接触电阻就需要控制接触材料组合和接触力最小值；欲控制静态取流就需要控制集流受电弓架数；欲控制机械磨耗就需要控制接触材料组合与接触力最大值；欲控制电气磨耗就需要控制接触材料组合与接触力最小值；欲控制热侵蚀就需要控制接触材料组合与接触力最小值。弓网系统的理论体系相互作用（4）几何参数（2）材料组合接触线应在受电弓和弓头的工作范围相互作用——接触点载流量受电弓与接触网之间的连接属于电连接技术范畴。电接触是研究电连接可靠性的应用科学。将物理、机械、电学、材料、化学、环境等多个学科的概念和理论应用于电连接可靠性问题，形成电接触理论。弓网电接触的最高境界：弓网导通电流的过程中，感觉不到电流的存在；弓网电接触的最低要求：对电力牵引供电系统不产生不可忽略的影响。连接：将两种分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程；电连接：用于导通电流的连接。弓网电接触包含：①静态电接触——关注：接触点的接触温升；②滑动电接触——关注：滑板与接触线的摩擦磨损；③可分合电接触——关注：弓网电火花、弓网燃弧。弓网系统的理论体系相互作用——接触点载流量受电弓与接触网之间的连接属于电连接技相互作用——材料组合接触线和滑板的磨耗接触点的最大允许电流主要取决于材料组合滑板材料：金属（铜、钢）、粉末冶金（铜基、铁基）纯碳、浸金属碳接触线材料：纯铜、铜合金、复合滑板：纯碳或浸金属碳滑板：浸金属碳接触线：铜或铜合金接触线：铜或铜合金AC25kV系统DC1.5kV系统弓网系统的理论体系相互作用——材料组合接触线和滑板的磨耗接触点的最大允许电流主相互作用——动态相互作用受电弓与接触网属于两个相互独立的振动子系统，这两部分具有不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和固有频率，并且通过弓网接触力耦合在一起；

在受电弓抬升力作用下，接触网将产生受迫振动；振动沿接触网传播形成波动；振动与波动共同作用，导致弓网接触力、接触线抬升产生变化。波动与振动的关系：①波动是振动形式在网中的传播；②波动是振动能量在网中的传播；③波动是振动相位在网中的传播。把接触网的无限个点当作一个整体，这些点的运动就是波动。振动和波动的关系是部分和整体的关系。弓网系统的理论体系相互作用——动态相互作用受电弓与接触网属于两个相互独立的振动滑板与接触线的磨耗与弓网接触力相关，结构零部件疲劳与接触线抬升相关。研究动态相互作用的目的——控制接触力与接触悬挂形变，为结构可靠性的设计与接触网的质量控制寻找科学依据。结构形变——疲劳破坏－－循环应力作用下，零部件的主要失效形式。脆性断裂区疲劳区疲劳源疲劳纹s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区相互作用——动态相互作用弓网系统的理论体系滑板与接触线的磨耗与弓网接触力相关，结构零部件疲劳与接触线抬相互作用——几何参数垂向：接触线不离开受电弓的工作范围；横向：至少有一支接触线在弓头的工作范围内。几何参数静态值以轨顶连线为基准；几何参数动态值以受电弓弓头中心为基准。始触区（弓角）弓网系统的理论体系相互作用——几何参数垂向：接触线不离开受电弓的工作范围；横向设计施工维修：定期重复验收过程系统设计施工设计接触力（燃弧）、抬升（弹性及其不均匀系数）拉出值、高度、线岔、关节（动态值应符合要求）测量、预配、组装、调整验收静态验收动态验收确认接触网状态符合设计要求确认弓网动态相互作用符合标准要求设备和零部件选择系统的设计、施工与验收输电滑道电压与电流、载流量与保护、电磁干扰、回流与接地动态设计弓网系统的理论体系设计施工维修：系统设计施工设计接触力（燃弧）、抬升拉出值、高系统设计1评价体系①电气参数：电压与电流、载流量与保护、电磁干扰、回流与接地等；②弓网接口参数：接触力、抬升量、几何动态值等2线索截面与张力选取①电气量→线索截面（上限由滑道参数决定，电气量可使用加强线弥补）；②波动传播规律→接触线张力、型号；放大系数→承力索张力、型号3跨距①滑板长度→风偏移→跨距1；②最大弹性→跨距2；③其他接口→跨距34吊弦长度及其间距①承力索弛度→最短吊弦（如500mm）；②断线接地→吊弦间距（如5～12m）5结构高度①最短吊弦→结构高度下限；②其他因素→结构高度上限。综合比选6简链与弹链①如不使用弹性吊索，接触力满足要求→简链；②如不使用弹性吊索，接触力不满足要求→弹链7弹性吊索参数接触力→弹链→弹性吊索参数8定位器的限位选择①定位器抬升空间（定位器坡度）∕抬升量（仿真）≥2.0→不限位；②定位器抬升空间（定位器坡度）∕抬升量（仿真）≥1.5→限位；③增加定位支座长度→增大定位器抬升空间→定位管使用支撑9单弓与双弓每架取流的受电弓均需满足接触力标准要求注：①弓网系统的动态性能需通过弓网仿真校验；②计算+经验，反复比选、优化系统方案，直至（经济+技术）最优！弓网系统的理论体系系统设计1评价体系①电气参数：电压与电流、载流量与保护、电磁系统设计——评价体系②弓网接口参数：接触力抬升量

几何参数动态值①电气参数：电压与电流载流量与保护措施电磁干扰回流与接地GB1402-2010：铁道干线电力牵引交流电压；TB10621-2014：高速铁路设计规范；TB10009-2016：铁路电力牵引供电设计规范TB3271-2011：弓网相互作用技术规范；TB10621-2014：高速铁路设计规范；TB10009-2016：铁路电力牵引供电设计规范GB/T21562-2008：轨道交通-可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例可以确定车辆相关、供电方式、供电臂长度、线索截面、是否使用加强线，以及回流回路与接地方式等可以确定弓网接口指标、受电弓的规格等弓网系统的理论体系系统设计——评价体系②弓网接口参数：①电气参数：GB1402接触网详细设计弓网系统的理论体系按照弓网系统设计批复意见所确定的原则和性能指标要求，使用经过实践证明的、成熟可靠的方法和经验对接触网进行施工设计；施工设计应提供工程（材料）数量，并生成符合要求的设计文件，便于工程项目的预算、计划、安装和交接，同时也作为竣工文件的制定基础。施工设计文件要尽可能少而足够，主要内容：——电分段示意图；——平面布置设计图；——横断面图（如果需要的话）；——数据表；——工程材料数量表；——接地平面布置图；——要求提交的施工细则等接触网详细设计弓网系统的理论体系按照弓网系统设计批复意见所确零部件弓网系统的理论体系接触网的设备和零部件应按照规定的性能要求进行选取，使用寿命应至少与整个接触网的使用寿命相当，并应遵守检查、修理以及更换的有关维修管理规定，且具有可追溯性的信息标示。主要类型：——支持结构；——接触线及其他导体或线索；——补偿装置；——下锚装置与中心锚结；——绝缘子；——吊弦；——电连接；——分段绝缘器。零部件弓网系统的理论体系接触网的设备和零部件应按照规定的性能施工：主要任务是将经过质量认证的零部件按设计要求进行精密的装配；设计文件是施工的依据。验收：对全部接触网工程进行检查，使用专用设备对静止状态下的接触网进行测量，以证实竣工后的接触网结构尺寸符合施工设计文件要求，这一环节称为静态验收；利用专用设备对动态性能参数进行测量并评估，以证实弓网动态性能满足技术标准要求，这一环节称为动态验收。施工与验收弓网系统的理论体系施工：验收：施工与验收弓网系统的理论体系反应性维修——当发生故障或者接触网异常时的对应处理，不坏不修，坏了就修，维修就是处理故障。预防性维修——在使用寿命内，按照技术状态选择维修时机，为发现潜在故障而进行的维修活动。故障前的维修活动，也称视情维修，包含状态修和定期修。预防而不能根除。主动性维修——针对频发故障而采取的维修活动，通过分析故障根源、通过技术改造，修复并根除故障的活动。主动维修不拘泥于接触网的原有设计、施工与零部件结构。通过主动维修，接触网类似的故障不再发生了。弓网系统的理论体系维修反应性维修——当发生故障或者接触网异常时的对应处理，不坏不修预测性维修——以状态为依据(ConditionBased)的维修。在接触网运行时，对其主要（或需要）零部件进行定期（或连续）的状态监测和故障诊断，判定接触网所处的状态，预测接触网状态未来的发展趋势，依据接触网的状态发展趋势和可能的故障模式，预先制定预测性维修计划，确定接触网应该修理的时间、内容、方式和必需的技术和物资支持。预测性维修状态监测检测故障诊断状态预测维修决策视情维修绕不开的结：①系统指标与零部件载荷的关系；②零部件载荷与零部件寿命的关系。弓网系统的理论体系维修预测性维修——以状态为依据(ConditionBased)风险性决策——根据预测各种事件可能发生的先验概率，再采用期望效果最好的方案作为最优决策方案。因此，这种随机决策具有一定的风险性。先验概率（priorprobability）是指根据以往经验和分析得到的概率。风险是指一个事件产生人们所不希望的后果的可能性，即某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。风险型决策具备如下5个条件：(1)决策者具有一个希望达到的明确目标(收益较大或损失较小)；(2)存在两个以上的行动方案可供决策者选择；(3)存在两个或两个以上的不以决策者主观意志为转移的自然状态；(4)不同的行动方案在不同自然状态下的益损值可以计算出来；(5)在几种不同的自然状态中，未来究竟会出现哪种自然状态，决策者不能肯定，但是各种自然状态出现的可能性，决策者可以估计或计算出来。弓网系统的理论体系维修风险性决策——根据预测各种事件可能发生的先验概率，再采用期望《高速电气化铁路接触网》

于万聚著

西南交通大学出版社，2003《接触网》董昭德

主编中国铁道出版社，2010《接触网工程与设计》董昭德，李岚等编著吴积钦主审科学出版社，2014《受电弓与接触网系统》吴积钦编著西南交通大学出版社，2010

弓网系统的理论体系《PANTOGRAPHANDCONTACTLINESYSTEM》西南交通大学出版社、爱思唯尔科技出版公司，2017

教材《高速电气化铁路接触网》

于万聚著

西南交通大学出版社，2三段寿命周期四类周期数据一套管理模型前期中期末期设计寿命周期管理制造寿命周期管理使用寿命周期管理回收寿命周期管理人员管理设备数据业务流程接触网全寿命周期管理接触网全寿命周期的6个阶段系统设计详细设计施工准备施工安装运营维修报废回收需求跟踪方案比较指标分配变更决策实施跟踪验证发布参数选择材料选定载荷计算零件确定施工设计技术资料工艺准备材料成本人力工时技术交底测量预配安装质量更改管理静态验收联调联试动态验收日常操作故障评估维修策略变更记录拆卸工艺回收部件废品处理重复利用全寿命周期的全部数据固有能力的赋予固有能力的维持框架弓网系统的全寿命周期三段寿命周期前期中期末期设计寿命制造寿命使用寿命回收寿命人员经济最佳弓网系统的全寿命周期使用寿命的尽头，所有生产设施的维修成本更多；主动维修虽然可以采纳，但不一定能够保证经济效益。费用经济最佳弓网系统的全寿命周期使用寿命的尽头，所有生产设施的维弓网相互作用技术规范弓网系统设计接触网施工设计动态验收静态验收施工（测量、预配、安装、调整）用户需求材料组合集流量运营维修几何参数动态性能可靠性分配过程设计、施工阶段赋予接触网的固有性能，固有性能≥期望性能，称为可维修的接触网；结构设计经历的阶段：几何学设计法、容许应力设计法、载荷系数设计法、概率极限状态设计法等。避免零部件载荷过高或过低保证零部件抗载荷能力足够零部件载荷分配合理零部件抗载荷能力符合要求避免零部件载荷过高或过低避免零部件抗载荷能力下降①接触网使用寿命应达到A年或设计基准值（接触线和承受动态变化应力载荷的设备除外）；②接触线允许最大磨耗为截面积的B％或设计基准值；③承受动态交变应力载荷的设备，使用寿命不应少于C万（受电）弓（通过）架次或设计基准值。

弓网系统的质量控制过程弓网相互作弓网系统设计接触网施工设计动态验收静态验收施工（测承力索终端锚固线夹接触线终端锚固线夹吊弦弹性吊索定位管定位器平腕臂定位管支撑腕臂支撑斜腕臂定位支座电连接接触线承力索补偿装置接触网的零部件弓网系统的质量控制过程承力索终端锚固线夹接触线终端锚固线夹吊弦弹性吊索定位管定位器无松动、接触不良接触网施工接触网维修正确的安装、调整烧蚀、磨耗可接受污秽、腐蚀可接受安装精度达标无其他维修缺陷系统设计系统参数配置优良零部件载荷匹配合理制造与检验零部件设计合理零部件生产合格零部件材料合格措施针对性较强可预见的外部因素载荷分配抗载荷能力赋予载荷和/或抗载荷能力控制可靠性分配可靠性预测弓网系统的质量控制过程无松动、接触不良接触网施工接触网维修正确的安装、调整烧蚀、磨即使貌似相同的零部件，其初始抗载荷能力也不尽相同。抗载荷能力随工龄减弱的速度也不尽相同；不会有两个在整个寿命期内承受完全相同载荷的零部件。即使差异很少，也会对部件的故障工龄产生岐化影响；运行条件相同的零部件，故障工龄也大不相同，大部分故障集中在平均工龄期附近；即使零部件的抗载荷能力随工龄而减弱，故障工龄也很难预测。两个投入使用时具有相似抗载荷能力的部件，在整个寿命期内，部件B承受的载荷水平比部件A普遍要高，劣化得也快。运行工龄（年）载荷抗载荷能力零部件工龄相关故障（疲劳、氧化、磨耗、污秽——抗载荷能力下降）弓网系统的质量控制过程即使貌似相同的零部件，其初始抗载荷能力也不尽相同。抗载荷能力B：载荷峰值使抗载荷能力永久性降低，但未失效。降低的抗载荷能力使部件易受到下一峰值的破坏。在部件更换之前，此峰值可能出现，也可能不出现；C：载荷峰值只削弱抗载荷能力；D：载荷峰值加速了抗载荷能力下降，最终大大缩短了部件寿命。（1）劣化不一定与施加的载荷成比例；（2）施加的载荷不是始终不变。A：抗载荷能力恒定不变，载荷突然增加引起故障发生；载荷抗载荷能力抗载荷能力抗载荷能力抗载荷能力载荷载荷载荷零部件非工龄相关故障（随机故障——载荷增加或降低导致抗载荷能力下降）弓网系统的质量控制过程B：载荷峰值使抗载荷能力永久性降低，但未失效。降低的抗载荷能动态仿真——弓网动态相互作用性能预测施工计算——接触网施工预配几何参数测量——接触网几何参数静态检测动态参数测量——弓网动态相互作用性能检测材料检验——接触网零部件的试验与检验受电弓试验——受电弓的制造与性能确认弓网系统的质量控制过程关键技术动态仿真——弓网动态相互作用性能预测施工计算——接触网施工预弓网接触力、接触线抬升结构线索运行环境腕臂组合、定位管组合定位器的形状、质量分布跨距、结构高度锚段长度、锚段关节线岔接触线截面、材料、张力承力索截面、材料、张力吊弦的截面、材料、刚度、长度、布置弹性吊索截面、材料、张力集中质量温度风冰固有特性运行环境静态接触力质量-刚度-阻尼-摩擦自由度、固有振型、固有频率运行速度、工作高度、底架运动空气动力集流受电弓的数量、间距静态参数动态参数固有特性接触网几何参数接触网弹性（emax≤0.4mm/N）弹性不均匀程度接触线波动传播速度（β≤0.7）反射系数（r≤0.4）、多普勒系数（α≥0.2）放大系数（γ≤2.0）固有振型固有频率弓网动态相互作用依赖于受电弓和接触网的设计方案及大量的参数。弓网系统的动态相互作用弓网接触力、接触线抬升结构线索运行环境腕臂组合、定位管组合接弓网系统的动态相互作用弓网接触力与接触线抬升Fmax≥Fm+3s≥F≥Fm－3s＞Fmin，将F=0称为弓网离线。电流制式列车速度(km/h)接触力Fmax（N）Fmin（N）AC≤200300＞0＞200350＞0DC≤200300＞0＞200400＞0b——预测抬升量；S——受电弓横向偏移量正常运行条件及最大跨距时：u≥2.0×b（使用非限位定位器）；u≥1.5×b（使用限位定位器）。u——定位器有效抬升空间弓网系统的动态相互作用弓网接触力与接触线抬升Fmax≥Fm+运营实践：吊弦上部断裂，被受电弓卷走弓网系统的动态相互作用运营实践：吊弦上部断裂，被受电弓卷走弓网系统的动态相互作用运营实践：吊弦断丝、断股、断裂弓网系统的动态相互作用运营实践：吊弦断丝、断股、断裂弓网系统的动态相互作用吊弦吊弦吊着接触线，上端与承力索或弹性吊索相连。接触悬挂的形状应遵循弓网相互作用要求；接触悬挂的形状很大程度上取决于吊弦的长度与间距（受力与形状相对应）；吊弦的寿命受制于两个方面因素：①自身的抗载荷能力；②承受的载荷。图示的1跨接触网使用6根吊弦（含2根弹性吊索吊弦）索结构：工作机理和力学性能依赖于自身的拓扑形状。弓网系统的动态相互作用吊弦吊弦吊着接触线，上端与承力索或弹性吊索相连。接触悬挂的形接触线垂向参数允许误差：接触线高度：±30mm；相邻支持点：±20mm(同方向）/±10mm(不同方向)；相邻吊弦点：10mm。要求：接触线几何参数静态值评估接触线横向参数允许误差：拉出值：±30mm。运行试验结果的评价表明：设备安装在规定的误差范围内，容易实现理想的弓网运行质量。弓网系统的动态相互作用接触线垂向参数允许误差：要求：接触线几何参数静态值评估接触线相邻支持点处测量到的接触线高度误差最大允许值为20mm。例1假设支持点1到支持点2的公差为+20mm，下一个支持点（支持点3）处的导高则应保持相同或抬高。不允许另一侧的接触线向下倾斜。支持点1FH=5300mm支持点2FH=5320mm，△FH=+20mm支持点3Linea…FH=5330mm，△FH=+10mmLineb…FH=5320mm，△FH=0mm例2（a线）

假设支持点2不采用最大误差值，在另一方向接触线的工作坡度则允许达到最大值。

支持点1

FH=5300mm

支持点2FH=5295mm，△FH=-5mm支持点3

FH=5310mm，△FH=+15mm例2（b线）

假设支持点2不采用最大误差值，给定的导线（b线）坡度相同，（b线）则可采用20mm最大坡度值。支持点1FH=5300mm 支持点2FH=5295mm，△FH=-5mm支持点3FH=5275mm，△FH=-20mm要求：几何参数静态值评估吊弦控制弓网系统的动态相互作用相邻支持点处测量到的接触线高度误差最大允许值为20mm。例1要求：吊弦的疲劳试验要求（EN50119）：检验抗载荷能力图示：（1）压缩的半个周期；（2）受力的半个周期；（3）压缩；（4）力C：压缩幅度；FL：力应指定压缩幅度在20mm～200mm之间，吊弦力在100N～400N；周期频率应在0.5Hz～10Hz，最少应进行2,000,000次试验；吊弦不得在指定次数之前断裂；具体试验数值由设计确定。中国高铁接触网还未实施。弓网系统的动态相互作用要求：吊弦的疲劳试验要求（EN50119）：检验抗载荷能力图吊弦理想状态模型吊弦失效状态模型吊弦精度的影响弓网系统的动态相互作用吊弦理想状态模型吊弦失效状态模型吊弦精度的影响弓网系统的动态一跨内的弹性曲线上图：理想情况下，双弓通过时，吊弦位置的接触线与承力索位移差。下图：第1吊弦失效情况下，双弓通过时，吊弦位置的接触线与承力索位移差。相比于理想情况，吊弦压接处微动磨损程度明显加剧！吊弦精度的影响弓网系统的动态相互作用一跨内的弹性曲线上图：理想情况下，双弓通过时，吊弦位置的接触衍生问题：接触线的磨耗弓网系统的动态相互作用衍生问题：接触线的磨耗弓网系统的动态相互作用衍生问题：接触线的磨耗弓网系统的动态相互作用衍生问题：接触线的磨耗弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（1）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（1）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（2）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（2）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（3）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（3）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（4）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（4）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（5）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（5）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（6）弓网系统的动态相互作用重点关注的吊弦——案例（6）弓网系统的动态相互作用吊弦问题小结当前：根据静态参数状态确定重点关注的吊弦；强化吊弦的抗载荷能力；力所能及的前提下，把接触线高度治理好。长远：接触网设计部门应提供吊弦的工况（振幅、受力与频率）；零部件检验部门按工况检验吊弦的抗载荷能力；施工单位应确保接触悬挂的施工精度；维修部门应确保接触悬挂性能处于设计（或标准）状态。弓网系统的动态相互作用吊弦问题小结当前：长远：弓网系统的动态相互作用运营实践：定位器磨损四跨锚段关节中心柱定位器的之字力F=648N四跨锚段关节中心柱定位器的之字力F=0N京津城际京沪高铁弓网系统的动态相互作用运营实践：定位器磨损四跨锚段关节中心柱定位器的之字力F=64中心柱定位器不承受之字力，F≈0N弓网系统的动态相互作用中心柱定位器不承受之字力，F≈0N弓网系统的动态相互作用F过小，导致定位支座异常磨损弓网系统的动态相互作用F过小，导致定位支座异常磨损弓网系统的动态相互作用F过小，导致定位钩异常磨损弓网系统的动态相互作用F过小，导致定位钩异常磨损弓网系统的动态相互作用F过小，抬升量增大，定位器销钉异常挤压弓网系统的动态相互作用F过小，抬升量增大，定位器销钉异常挤压弓网系统的动态相互作用F过小，抬升量增大，定位线夹夹板与U形销钉异常挤压弓网系统的动态相互作用F过小，抬升量增大，定位线夹夹板与U形销钉异常挤压弓网系统的定位器受力不同，钩环磨损状态也不同中间柱转换柱中心柱中心柱弓网系统的动态相互作用定位器受力不同，钩环磨损状态也不同中间柱转换柱中心柱中心柱弓极端情况下定位支座损坏弓网系统的动态相互作用极端情况下定位支座损坏弓网系统的动态相互作用定位器坡度：其中：2dGdw：定位器自重；mj：接触线单位长度质量；l：跨距；a：之字值定位器：起接触线的定位作用（之字力）（重力）弓网系统的动态相互作用定位器坡度：其中：2dGdw：定位器自重；mj：接触线单位长定位器坡度≈7°；G=0.5+1.35×5=7.25kg，约为71NF应为：578N；根据算例：定位器自重取Gdw=1kg，定位器长度取1250mm；接触线单位长度质量取mj=1.35kg/m；接触线张力取Tj=30kN；：跨距为l=50m；系统设计要求定位点抬升空间为150mm（标准），如弹性吊索吊弦距定位点5m。定位器状态通常：80N＜F＜2500Na=240mm计算得出：弓网系统的动态相互作用定位器坡度≈7°；G=0.5+1.35×5=7.25kg，约定位器坡度：定位器钩和定位支座的接触点与接触线中心的连线的坡度。定位器状态弓网系统的动态相互作用定位器坡度：定位器钩和定位支座的接触点与接触线中心的连线的坡重点关注的定位器——案例（1）中心柱的两个定位器均未受之字力，需要优化接触线布置！弓网系统的动态相互作用重点关注的定位器——案例（1）中心柱的两个定位器均未受之字力重点关注的定位器——案例（2）隧道出口，接触网状态不理想，连续两个定位点的振动相对剧烈，锚段关节中心柱定位器的之字力偏低，应重点关注这些定位器以及吊弦、接触线磨耗等状况。四跨锚段关节？连续缺陷弓网系统的动态相互作用重点关注的定位器——案例（2）隧道出口，接触网状态不理想，连重点关注的定位器——案例（3）隧道出口，接触网状态不好，连续两跨接触网的振动相对剧烈，关注定位器、吊弦等情况，这些区段其他零部件的状况也应关注。弓网系统的动态相互作用重点关注的定位器——案例（3）隧道出口，接触网状态不好，连续重点关注的定位器——案例（4）隧道内，T045定位器之字力偏低，T049、T051两个转换柱定位点的振动相对剧烈！T045T049弓网系统的动态相互作用重点关注的定位器——案例（4）隧道内，T045定位器之字力偏重点关注的定位器——案例（5）弓网系统的动态相互作用重点关注的定位器——案例（5）弓网系统的动态相互作用中心锚结电源与安装点下锚点锚段关节定位点振动在线监测弓网系统的动态相互作用固镇监测点，距蚌埠南站直线40km中心锚结电源与安装点下锚点锚段关节定位点振动在线监测弓网系统右图：2018年9月20日～10月22日，京沪高铁300km/h运行的受电弓引起的定位点抬升量统计。弓网系统的动态相互作用右图：2018年9月20日～10月22日，京沪高铁350km/h运行的受电弓引起的定位点抬升量统计。定位点抬升量右图：2018年9月20日～10月22日，京沪高铁300km监测接触线抬升量的目的——诊断受电弓弓网系统的动态相互作用FAERFDYNFRF0FRF风F=F0±FR+FAER

±FDYN受电弓设计接触网、轨道等弓网接触力F——受电弓垂直作用到接触网上的力静态接触力F0——停车时，传动系统使受电弓垂直作用到接触网上的力摩擦力FR——关节间摩擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力FAER——气流对受电弓的作用力动态分力FDYN——由垂直振动引起的惯性力受电弓上的力Fm+3sFm-3sFm监测接触线抬升量的目的——诊断受电弓弓网系统的动态相互作用F监测接触线抬升量的目的——诊断受电弓列车某一运行速度下，测量的抬升量中若有任何明显增加或减少的现象，均表明有干扰或受电弓缺陷。这些现象可能由以下因素引起：（1）过高或过低的静态接触力F0，由于：静态接触力的不正确调整；滑板质量较大的变化，如滑板磨耗超过极限值。（2）过高或过低的空气动力FAER，由于：空气动力学翼片调节不当或损坏；诸如弓头倾斜引起滑板偏磨。（3）过大的动态分力FDYN，由于：受电弓的机械部件的缺陷，比如阻尼器有缺陷。观察抬升量已成为对受电弓自动诊断的重要手段，可以有效检测许多缺陷，但这种检测不能确认缺陷的具体原因。具体原因需车辆入库后人工确认。弓网系统的动态相互作用监测接触线抬升量的目的——诊断受电弓列车某一运行速度下，测量定位器问题小结当前：根据几何参数静态值确定重点关注的定位器（之字力过小）；确保定位器坡度与接触线高度的前提下，之字力要尽量大。长远：应逐个对支持与定位装置进行设计，保证系统参数为最优组合；施工单位应保证接触悬挂的施工精度；维修部门应确保接触悬挂性能处于设计状态；受电弓运行状态应符合规定要求。弓网系统的动态相互作用定位器问题小结当前：长远：弓网系统的动态相互作用接触网维修理念（1）现行环境下，接触网的功能及其性能标准是什么？（功能与性能）（2）什么情况下接触网无法实现其功能？（功能故障）（3）引起各功能故障的原因是什么？（故障模式和故障原因）（4）各故障发生时，会有什么影响？（故障影响）（5）哪些故障至关重要？（故障后果）（6）做什么工作能预防各种故障？（预防性工作）（7）找不到适当的预防性工作该怎么办？（暂定措施）接触网维修：用于确定为确保接触网在现行环境下保持实现其设计功能的状态所必须的活动的方法。以可靠性为中心的维修（RCM）需要解决以下问题：以可靠性为中心的维修体系接触网维修理念（1）现行环境下，接触网的功能及其性能标准是什接触网的功能与性能以可靠性为中心的维修体系几何参数：接触线磨耗：≤20%横向：由设计确定垂向：由设计确定接触线温度：≤95℃（持续）、≤150℃（短时）动态性能：支持结构：200万弓架次满足：绝缘间隙；

动态性能。0＜F≤350N（＞200km/h、AC系统）、s≤0.3Fm0＜F≤300N（≤200km/h、AC系统）、s≤0.3Fm0＜F≤400N（＞200km/h、DC系统）、s≤0.3Fm0＜F≤300N（≤200km/h、DC系统）、s≤0.3Fm接触网的功能与性能以可靠性为中心的维修体系几何参数：接触线磨接触网的功能故障以可靠性为中心的维修体系零部件失效：零部件承受各种载荷，载荷通过减弱零部件的抗载荷能力而导致零部件状况恶化。这种抗载荷能力最终减弱到零部件再也不能实现期望性能的地步，换言之，零部件失效了。接触网故障：关键零部件的失效导致接触网故障。维修：处理故障或处理潜在故障。弓网系统故障：接触网故障导致弓网系统功能部分丧失或完全丧失。（力、电）载荷与环境属于失效的诱因，材料与结构为失效的抵抗因素!接触网的功能故障以可靠性为中心的维修体系零部件失效：零部件承接触网的故障模式以可靠性为中心的维修体系4%2%5%7%14%68%工龄相关非工龄相关民用飞机统计（与接触网类似）接触网的故障模式以可靠性为中心的维修体系4%2%5%7%14故障的影响与后果以可靠性为中心的维修体系隐蔽性后果——对操作人员不明显，预防性工作为主；使用性后果——依据效果费用，预防性工作或事后维修；非使用性后果——依据效果费用，预防性工作或事后维修。所有的故障都需要花费时间和经费进行纠正。根据故障后果决定维修级别，保证花费在维修上的一切都是值得的！安全性后果——预防性工作或重新设计；故障的影响与后果以可靠性为中心的维修体系隐蔽性后果——对操作预防性工作以可靠性为中心的维修体系视情维修——对部件检查后，视其能保持满足规定性能标准这一情况继续使用；预定翻修——按一个特定的工龄期限或在工龄期限之前，重新加工一部件或大修一组件，而不管当时其状态如何；预定报废——按一个特定的工龄期限或在工龄期限之前报废部件，也不顾当时部件的状态。探测正在发生的故障或将要发生的故障的预防性工作技术上可行、经济上值得？以小于P-F间隔的间隔进行视情维修以小于工龄期的时间间隔预定翻修以小于寿命期的时间间隔预定报废降低安全性后果的故障发生率的定期翻修工作技术可行且值得？降低故障发生率的定期报废工作技术可行且值得吗？取决于故障后果的暂定措施否是是是否否预防性工作以可靠性为中心的维修体系视情维修——对部件检查后，预防性工作——试情维修（状态修）的技术分类以可靠性为中心的维修体系（1）人的感官——望、切，主观判断（范围广但不精确、滞后）如：接触网的结构状态、零部件的状态等评估。（2）状态监测——探测潜在故障。技术应用合适就有效，否则费钱费事如：受电弓、接触网关键位置参数与设备的状态监测。（3）参数检测——实测数据与参考信息对比，发现潜在故障的迹象如：动态参数（弓网接触力、接触线抬升等）、静态参数（拉出值、高度、磨耗）等的测量。零部件故障率增加零部件载荷增大零部件失效（望：表面状态-抗载荷能力评估）接触网静态参数改变（切：静态参数-载荷或/和抗载荷能力评估）弓网动态性能劣化（切：动态参数-载荷评估）预防性工作：优先关注弓网动态性能（效率最高），其次为接触网静态参数（效率次之），再次为零部件（只能望，效率最低）超出设计值（磨耗）超出允许值预防性工作——试情维修（状态修）的技术分类以可靠性为中心的维暂定措施以可靠性为中心的维修体系（1）隐蔽性后果——预防维修，将风险降低到低水平，否则重新设计；（3）使用性后果——依据效果费用，预防维修或事后维修或重新设计；（4）非使用性后果——依据效果费用，预防维修或事后维修或重新设计。对接触网的任何故障模式而言，如果无法找到一种既技术可行又值得做的预防性工作，必须采取的暂定措施由故障后果决定。（2）安全性后果——预防维修，将风险降低到低水平，否则重新设计；暂定措施以可靠性为中心的维修体系（1）隐蔽性后果——预防维修日常：维持、保护，使接触网免受破坏暂定措施：出现破损后更换结构部件预定翻修：固定周期进行修理视情维修：依据技术状态对接触网进行修理主动修：针对频发故障采取的维修活动，消除故障根源，避免频发故障再次发生。以可靠性为中心的维修体系接触网维修架构日常：维持、保护，使接触网免受破坏暂定措施：出现破损后更换结技术诊断精测精修维修体系——与维修有关的若干事物或某些意识互相关联而构成的整体，由人员、设备、管理等子系统组成的系统。望（人眼、照相、摄像）切（传感器测量）以可靠性为中心的维修体系状态修架构技术诊断精测精修维修体系——与维修有关的若干事物或某些意识互机械：静