GBT 32592-2023 轨道交通 受流系统 受电弓与接触网动态相互作用测量的要求和验证

轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用测量的要求和验证2023-11-27发布 12规范性引用文件 13术语和定义 14符号 35基本要求 46总平均抬升力的测量 47接触力测量 67.1一般要求 67.2测量系统的空气动力影响 77.3惯性力的修正 77.4空气动力的修正 77.5测量系统的校准 77.6测量参数 87.7测量结果 88位移测量 88.1一般要求 88.2接触点的垂向位移 88.3定位点抬升 88.4接触网上其他位移的测量 89燃弧测量 99.1一般要求 99.2燃弧检测系统的校准 9.3操作距离的调整 9.4测量值 9.5测量结果 附录A(资料性)接触线弯曲应力测量 参考文献 IⅢ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替GB/T32592—2016《轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用测量的要b)增加了“总平均抬升力的测量”(见第6章);c)增加了“图1拴系测试设置示意图”(见第6章)“图2接触力测量示意图”“图3分段滑板示意图”,以及接触力计算公式(4)等相关要求(见第7章);d)更改了“测量系统的影响”为“测量系统的空气动力影响”(见7.2,20e)增加了公式(2)中的空气动力学修正力F的测量要求(见7.4);f)增加了接触力测量用滤波器的技术要求(见7.6);g)增加了燃弧测量的相关参考距离(d)的参考阈值(x)的定义选择要求(见9.1)。本文件修改采用IEC62846:2016《轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用测量的要本文件与IEC62846:2016相比做了下述结构调整：——附录A对应IEC62846:2016的本文件与IEC62846:2016的技术性差异及其原因如下：——增加了“本文件适用于轨道交通采用架空接触网的受流系统动态匹1章)适应我国国情；——增加了规范性引用文件GB/T32578(见第5章),以适应我国的技术条件、提高可操作性；“g”“v”(见第4章),正文中未使用；——更改了对自由通行的线路要求(见第5章),以适应我国国情；——删除了“各国线路”的描述(见第5章),以适应我国国情；——增加了测试配置中受电弓参数获取要求，限定为依据GB/T21561.1、GB/T21561.2获得(见第5章),以规范统一参数获取方式。本文件做了下列编辑性改动：——更改了“t”“t”的描述(见3.20),使之与第4章和9.5中描述统一；——增加了“注4:最低工作高度”(见第6章);——删除了IEC62846:2016中不适应我国国情的注；——删除了IEC62846:2016中不适应我国国情的附录A和相关引用；——更改了IEC62846:2016的附录B中要求性条款(见附录A)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由国家铁路局提出。本文件由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口。本文件起草单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所、中车株洲电力机车有限公司、中国铁路设计集团有限公司、北京中车赛德铁道电气科技有限公气化勘测设计研究院有限公司。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：——2016年首次发布为GB/T32592—2016;——本次为第一次修订。1GB/T32592—2023轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用测量的要求和验证本文件规定了受电弓与架空接触网之间动态相互作用时匹配性能参数测量方法的输出功能和准确度要求。本文件适用于轨道交通采用架空接触网的受流系统动态匹配性能参数的测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于GB/T21561.1轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第1部分：干线机车车辆受电弓(GB/T21561.1—2018,IEC60494-1:2013,MOD)GB/T21561.2轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第2部分：地铁和轻轨车辆受电弓(GB/T21561.2—2018,IEC60494-2:2013,MOD)GB/T32578轨道交通地面装置电力牵引架空接触网(GB/T32578—2016,IEC60913:2013.MOD)IEC62486轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则[Railwayapplications—Currentcollectionsystems—Technicalcriteriafortheinteractionbetweenpantographandoverheadcontactline(toachievefreeaccess)]下列术语和定义适用于本文件。受电弓弓头pantographhead受电弓中由框架支承的部件。接触点contactpoint滑板和接触线之间的机械接触点。正常运行时，接触点在滑板上可能的横向和垂向范围。2接触力contactforce受电弓与架空接触网作用的垂直力，是一架受电弓所有接触点的力之和。平均接触力meancontactforceFm接触力的统计平均值。静态接触力staticcontactforce机车车辆处于静止状态时，在受电弓升弓装置作用下，受电弓弓头向上施加在接触线上的平均垂0接触力各数据值和平均接触力之差的平方和除以数据值个数减1的方根。空气动力aerodynamicforce受电弓部件周围的空气流动而作用在受电弓上的附加垂向力。接触力值为Fm-3o的值。接触力值为Fm+3o的值。拉索力cordforce保持受电弓滑板在指定高度的拉索测量力值。总平均抬升力totalmeanupliftforce弓头不与接触线接触时所测得的垂向力。传递函数幅值transferfunctionmagnitude在受电弓弓头处施加一定频率范围的动态激励时，仪器设备测量力和受电弓所受施加力之间的比值。锚段长度tensionlength架空接触网的锚段两端下锚固定点之间的距离。3[来源：GB/T32578—2016,3.4.1,有修改]控制区段controlsection总测量长度中的有代表性部分，其中的测量条件是可控的。受电弓电流pantographcurrent流过受电弓的电流。燃弧arcing电流击穿滑板和接触线之间的空气间隙，通常表现为发射弧光。灵敏度曲线sensitivitycurve在关注的光谱区内，电弧功率密度与探测器响应量之间的关系表达。额定电流nominalcurrent机车车辆输出额定功率时流过一个受电弓的电流。燃弧率percentageofarcingNQ机车车辆在特定运行速度时的一种弓网相互作用的特性，按公式(1)计算。 (1)式中：t—-持续大于5ms的燃弧的持续时间，单位为毫秒(ms);twal——在控制区段内的受电弓电流大于30%额定电流的运行测量总时间，单位为毫秒(ms)。[来源：IEC62486:2017,3.18,有修改]接触线弯曲应力contactwirebendingstress受电弓通过时接触线产生的弯曲应力变化值。离线contactloss接触力为零时的状态。下列符号适用于本文件。asm:第i个加速度传感器测量的加速度值c:与速度相关限制计算用的测量系统对空气动力的影响系数。d:燃弧传感器和光源(滑板)之间的距离(见图4)。d:电弧探测器与光源的参考距离。Fpled:施加于受电弓弓头上的接触力。F:接触力。4F.:空气动力修正力。Fm:平均接触力。Fsenor.;:第i个传感器的测量力值。F.:第i根拉索测量力值。f::实际频率f₁:最小频率。J:传递函数精度。ki:力传感器个数。mlsw:接触点和各力传感器之间的质量。NQ:燃弧率n:频率级数。tan:持续大于5ms的燃弧的持续时间。tw:在控制区段内的受电弓电流大于30%额定电流的运行测量总时间。x:可测量到的最小燃弧的能量密度。x:在参考距离处检测的最小燃弧产生的表面功率密度。o:接触力标准偏差。5基本要求接触网和受电弓之间动态相互作用的测量用于验证受流系统的运行可靠性和运行质量。不同受流系统的测量结果应具有可比性，并验证其组成零部件能互通使用。为检验受流系统的性能，测量应满足IEC62486规定的动态性能要求。除需要测量的值之外，检测报告还应连续记录运行工况包括列车速度、位置等，并应记录测量过程列和架空接触网的类型等，其中受电弓的参数和排列应按照GB/T21561.1和GB/T21561.2的规定，架空接触网的类型应按照GB/T32578的规定。应确保测量的可重复性和结果的可比较性。注：在评估由弯曲应力引起的接触线疲劳裂纹风险时，检测方法见附录A。6总平均抬升力的测量当采用拴系测试，见图1,用于测量总平均抬升力时，应满足以下要求。拴系测试确定拉索力。总平均抬升力是指定高度、速度和测量条件下测得的拉索力的所有平均值的总和。空气动力是总平均抬升力和静态接触力之间的差值。对于该测量，应将受电弓限制在接近接触线高度的位置，该高度应为有效结果。通过垂直拉索向每个滑板提供约束。拉索应具有足够的拉伸刚度，以约束弓头的俯仰。应在无超高的水平轨道上检查调整精度。调整滑板，使其相对于轨面的偏差在平行轨道和垂直轨试验过程中接触线不应接触试验受电弓。5注1:拴系测试的弓头和接触线之间的典型距离为10cm～15cm。受电弓运行引起的接触线最大动态抬升量能采用仿真获得。应测量每根拉索中的力。5标引序号说明：1——接触线；2——滑板；3——弓头悬挂；4——受电弓上臂；5——机车基础框架或机车顶；6——拉索；7——拉索力F₂ta)～Fz;。图1拴系测试设置示意图为使测量结果可信，应记录力的变化值及其在不同区段的可重复性。各行驶速度下的平均抬升力应通过测量表1中初始试验速度和列车最高运行速度之间的拉索力进行评估。应根据列车最高运行速度选择速度调整步长。表1试验速度单位为千米每小时列车最高运行速度初始试验速度注2:完整的速度范围中的典型调整速度步长为20km/h或由5挡组成。除根据第5章记录的条件外，还应包括列车配置和行驶方向以及滑板的限制高度和磨损条件。应根据拴系试验的结果给出作为测量配置速度函数的总平均抬升力。注3:试验结果能用于受电弓气动性能的优化，如受电弓上导风板角度的优化等。如果接触线高度很低，按间距拴系后的受电弓低于其最低工作高度时，则能选择风洞试验作为替代试验方法。本试验方法应包括受电弓(车顶布局)周围的空气动力学条件。注4:“最低工作高度”见GB/T21561.1—2018的3.2.11。67接触力测量7.1一般要求应通过受电弓上的力传感器完成接触力的测量，见图2,力传感器应接近接触点。5标引序号说明：1——接触线；2——滑板；3——弓头悬挂；4——受电弓上臂；5——机车基础框架或机车顶；6——力传感器；7——加速度传感器。图2接触力测量示意图接触力测量系统应测量垂直方向的力，排除其他方向的力(如接触摩擦)的干扰。所有传感器应根据测量条件进行温度补偿。对于带有独立滑板的受电弓，每个滑板应进行单独的测量。分段滑板视作一块整体滑板，见图3。标引序号说明：1——分段滑板；2——弹簧；3——主体。图3分段滑板示意图测量系统工作不应受电磁干扰影响。应减少因安装测量系统而导致的与受电弓原始质量和几何尺寸的偏差。7测量系统的最大误差应小于测量值的10%。接触力应通过公式(2)计算，其中包括来自力传感器和加速度传感器(惯性力的修正见7.3)的信号7.2测量系统的空气动力影响测量系统应排除任何影响空气动力从而导致测量结果改变大于5%或c×v²且c=8N/(300km/h)²注：对测量系统测量结果的失真最重要的影响因素是作用在测量装置上的空气动力，这种失真能采用第6章的方法，在同等可重复条件下(例如同一隧道或同一试验线路等),通过安装测量系统和不安装测量系统进行空气动力试验比较检验。7.3惯性力的修正应校正由传感器和接触点间质量产生的惯性力。惯性力应通过测量各部件的加速度来完成。7.4空气动力的修正修正应处理空气动力对传感器和接触点之间各部件的影响。空气动力的测量应通过空气动力试验公式(2)中的空气动力修正力F应通过同时测量总平均抬升力(例如，根据第6章通过拴系测试)和传感器力得出。总平均抬升力与传感器力之和的平均值之差给出了该受电弓测量系统的空气动力修正。应在规定的配置中建立空气动力修正。7.5测量系统的校准应经过实验室测试验证测量系统对力的测量准确度。应对配置了完整的力测量设备和所有加速度传感器、数据传输系统(自动测量记录传导、光学)和放大器的完整受电弓进行本项测试。该试验施加的平均力应等于静态接触力。如果受电弓接触力随速度的增加而增加，试验应在最大准静态接触力时完成。应确定传递函数幅值。注1:如果施加一个正弦变化的力，其典型振幅采用静态接触力的±15%。测试在以下两种状况下完成：——外力施加在受电弓弓头中心；报告中记录下来。测试应使用与第6章中使用的约束高度相当的受电弓进行。所施外力与测量力的测量频率应以0.5Hz的频率间隔从0.5Hz逐步增加到20Hz,但在共振频率处应减小频率间隔。接近共振频率的频率间隔应详细说明。注2:传递函数是一个连续函数，在共振频率附近变化较大，所以需在共振频率附近减小采样频率间隔。应使用公式(3)计算传递函数的精确度J。8在频率不超过20Hz时(与7.1保持一致),测量系统的传递函数的准确度应大于90%。为了达到时间采样时，采样频率应大于200Hz;距离采样时，采样点间隔应小于0.40m。接触力应进行截止频率为20Hz的低通滤波。滤波器应采用六阶或更高阶滤波。可使用模拟或数字滤波器。测量范围应至少为：如果能证明测量结果最大值分布范围较低，则测量范围最大值能较小。应对在控制区段内进行的测量进行评价。为了计算统计值，控制区段不宜小于一个锚段长度。根据测量的需求，能选择相应较短区段。——平均接触力(Fm); ——接触力最小统计值(Fm-3o);——接触力标准偏差(o);——接触力的柱状图或概率曲线。8位移测量测量系统应排除任何可能导致测量的位移结果改变大于3%的影响因素。接触点的垂向位移的测量与受电弓底架的基准位置相关。测量系统的准确度应小于10mm。测量系统误差(包括其对架空线路系统的影响)应小于5mm。为确保测量结果具有代表性，应在同一位置记录风速。8.4接触网上其他位移的测量测量系统的准确度应优于振幅测量值的10%或不大于10mm,二者准确度取较高值。注：该准确度适用于动态下接触网零件的位移测量，例如检查桥梁下净空。9用来检测燃弧的探测器，应对铜材料产生的光波长敏感。对于铜和铜合金接触线，使用的波长范围应是220nm～225nm或323nm～329nm。注1:这两个波长范围涵盖了固定的铜发射率。测量系统不应对波长大于330nm的可见光敏感。探测器应：——接近受电弓以获取足够高的灵敏度；——接近机车纵轴以获取足够高的灵敏度；——根据车辆的行驶方向安装于受电弓的后侧；——对准相对于行驶方向最后的滑板；——在受电弓弓头工作区域的角度范围内灵敏，误差应小于10%;——对燃弧的起始和终止的响应时间小于100μs;——具有检测极限，取决于可检测的最小燃弧能量。注2:极限值的变化取决于测量装置与燃弧产生处两者之间的距离。应根据需研究的问题，定义具有相关参考距离(d)的参考阈值(x)。注3:在参考距离(d)为5m的情况下，调查电流采集质量的参考阈值(x较d)的共同值为：——160(1±10%)μW/cm²用于25kV交流；——12.5(1±10%)μW/cm²用于1.5kV直流。探测器放置实例的侧视图见图4。5标引序号说明：1——受电弓最大工作高度；2——受电弓正常工作高度；3——受电弓最小工作高度；4——燃弧探测器位置；5——车行方向。图4探测器安装位置GB/T32592—20239.2燃弧检测系统的校准探测器应根据9.1在关注光谱范围内的能量密度下，对探测器进行校准。灵敏度曲线应通过测量探测器的模拟输出量来确定，以响应传感器上输入的校准光。灵敏度曲线是能量密度(单位：μW/cm²)对探测器模拟输出量(单位：V)的响应曲线，该曲线通过测量探测器模拟输出得到。应规定最小燃弧能量密度(x)。——160(1±10%)μW/cm²(在25kV交流的架空接触网下);9.3操作距离的调整在测量时，如果传感器和光源的距离与参考距离(dm)不同，则应调整探测器的参考阈值(x'd)。调整如下：——依照1/d²的规则，确定出这个参考距离下能探测到的最小燃弧的能量密度；——使用校准值来确定这个信号的能量密度水平；——继而通过公式(4)确定新的能量密度阈值(x)与新的测量距离(d)的关系。9.4测量值系统应至少测量：——各燃弧持续时间；——测试期间列车运行速度；——受电弓取流；——记录燃弧沿着架空接触网的位置(千米标)。9.5测量结果测量值的表示应在一个控制区段内来进行。控制段不宜短于10km或行程时间不宜短于200s,并宜以恒定速度行驶。运行速度误差在±5km/h以内。根据测量目的，能选择较短的评估分段。间隙小于100μs的多个连续电弧应计为1次电弧。注1:为得到有代表性的接触网测量结果，大于30%额定电流的总持续时间，不小于经过一个锚段长度的检测运行时间。在该持续时间内，不被减小电流的分段干扰，并且运行速度保持恒定。注2:受电弓电流大于30%额定电流时每千米的燃弧次数，或在关注区段每千米的燃弧次数，均对于一个控制区段，应至少提供下列数值：——列车运行