_动车论坛_CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施
CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施
赵晓明(北京车辆段北京西动车所，北京100039) 摘要:针对CRH3型动车组受电弓软连线、支持绝缘子磨损断裂较为严重问题，结合受电弓结构特点和CRH3型动车组运行实际情况进行分析，提出了相应的改进措施和建议，以确保动车组正常运用安全。
关键词:CRH3型动车组;受电弓软连线;支持绝缘子;故障;改进措施
1问题的提出
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。
2原因分析
2.1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
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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。
2.2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。
2.3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。
2.4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，就会造成软联线逐渐折损。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。 2.5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改进措施建议
3.1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。 3.2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。
3.3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、增水性及抗老化性能的关键。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。 4结束语
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。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。
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