2021年CRH型动车组受电弓故障分析及改进专项措施

西南交通大学期末大作业机车检测和故障诊疗题目：CRH3型动车组受电弓故障分析及改善方法班级：姓名：学号：成绩：6月CRH3型动车组受电弓故障分析及改善方法摘要：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，提出了对应改善方法和提议，以确保动车组正常利用安全。关键词：CRH3型动车组；受电弓软连线；支持绝缘子；故障；改善方法Abstract：inviewofthepantographsoftconnectiontypeCRH3emu,supportinsulatorandwearfractureisrelativelyseriousproblem,combiningwiththecharacteristicsofthepantographstructuretypeandCRH3emuoperationactualsituationanalysis,proposedthecorrespondingimprovementmeasuresandSuggestions,toensurethesafetyofemuoperation.Keywords：TypeCRH3emu;Pantographsoftconnection;Supportinsulator;Fault;Improvementmeasures1.引言受电弓是动车组极其关键电器部件，用来把接触网25kV电能传导给车内高压设备。350km/hCRH3型动车组采取SS400型受电弓。自从年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6列CRH3型动车组平均累积走行公里为12万km。因为受电弓含有很好气动力模型和气流调整装置，能有效改善受电弓气动力稳定性，确保弓头位置稳定，整体性能基础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天和18天），不仅造成工作量和材料成本增加，而且还轻易造成受电弓各轴承电蚀和绝缘距离降低，影响受电弓正常性能发挥。在这期间已更换受电弓24根软连线、32个支持绝缘子，换修率显著高于其它电器部件【1】。受电弓发展和结构在中国科技高速发展今天，动车含有清洁环境保护、高效节能等优点，在铁路运输中发展快速，是以后铁路交通发展一个关键方向。正是因为它大力发展，也突显了受电弓故障问题。动车组安全运行关键部件就是受电弓，它是动车组从接触网上传输能源并获取能源装置。受电弓安装在动车顶部，受电弓在使用时候会上升，和接触网接触，将接触网上获取电流，然后将电流从动车顶部向动车底部传送，使动车能够正常运转。在动车停止时，受电弓不会升起而是贴在动车顶部。受电弓是动车组和电流之间衔接桥梁，受电弓好坏会影响动车组在运行过程中安全问题，现在普遍在对动车进行提速，对于受电弓性能也提出了比较高要求，对于受电弓轻易出现故障原因，做出相关处理方法，对受电弓定时检测和故障处理，让动车组能够安全运行。3.受电弓故障原因首先是接触网和受电弓不匹配产生问题。对于接触网标准悬挂就是使悬挂接触网弹性均匀。不过这个似乎极难做到，因为接触网悬挂受到外部环境影响，所以每一段弹性全部是存在差异，有些地方安装了过重装置，就会造成高速运行动车组受电弓猛烈波动，就会损坏受电弓。这种现象下征状就是硬点，在现有接触网条件下，动车组速度越快硬点征状就越是突出。这并不是一个很好现象，接触网猛烈波动会造成它磨损程度加剧，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摩擦力对于受电弓影响。在动车组保持运动过程中，空气阻力会对高速运动列车产生影响，对于动车顶端受电弓也会产生一定程度影响。在动车运行中，受电弓需要上升和接触网接触，产生振动，而在这一过程中，空气流动在加速，使受电弓受到空气阻力摩擦作用，会对动车顶部受电弓产生较大影响。第三是受电弓和动车顶端链接不妥，动车在高速运行过程中受电弓在频繁工作，假如受电弓链接不妥造成断股，就会造成链接部位磨损，影响受电弓使用寿命。现在受电弓软连线形状多以扁平形结构，在空气阻力和链接面积相同情况下，这部分受到压力是比较大，受电弓软连线截面形状不妥造成软连线轻易断股。这就会造成很多危险，比如局部电流增大，软连线链接部分温度过高，这么增大了链接部分电阻，软连线轻易发生热脆，使受电弓发生故障。总体来说受电弓故障关键原因有：接触网和受电弓不匹配产生问题，空气摩擦力对于受电弓影响，受电弓和动车顶端链接不妥，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交变剪切应力接触网接触悬挂一个关键指标就是弹性均匀，因为接触悬挂本身存在弹性差异，假如在接触悬挂或接触线一些部位有附加重量、偏斜线夹和安装不良分相分段器，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。形成这种现象本征状态称为硬点。硬点是一个结构本征缺欠，而且是相正确，在已定接触网结构下列车速度越高硬点表现越显著。硬点是一个有害物理现象，它会加紧接触导线和受电弓滑板异常磨耗和撞击性损害，撞击力还会向受电弓其它部件传输。运行中为确保牵引电流顺利流通，受电弓和接触线之间必需有一定接触压力[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一样程度上升，从而使受电弓在运行中产生上下振动，使受电弓产生一个和其本身归算质量相关上下交变动态接触压力。该接触压力和硬点产生撞击力会使受电弓上、下臂及下臂、底架之间产生连续不停相对转动，使臂杆之间及上臂杆和弓头之间软连线不停地伸缩或扭动，交变剪切应力作用造成软连线过早断裂【2】。4.2动车组空气动力对受电弓部件影响动车组运行中，周围空气动力作用首先对列车和列车运行性能产生影响，同时对车顶受电弓运行也产生一定影响。受电弓作为一个弹性机构，经过本身结构保持和接触网导线接触压力，在运行过程中，受到运行动态力影响，使其在运行中振动变得很复杂。除此，受电弓在运行中还受到空气流作用产生一个随速度增加而快速增加气动力。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改变，当列车在曲线上运行又碰到强侧风时，尤其对车顶部件表面压力影响最大。4.3动车组会车时对受电弓部件表面压力影响在一列车和另一静止不动动车组会车和2列等速或不等速相对运行动车组会车时，将在静止动车组和2列相对运行动车组一侧侧墙上引发压力波（压力脉冲）。这是因为相对运动动车组车头对空气挤压，在和之交会另一动车组侧壁上擦过，使动车组间侧壁上空气压力产生很大波动。试验和计算表明，动车组会车压力波幅值大小和速度相关，伴随会车速度大幅度提升，会车压力波强度将急剧增大。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提升到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妥造成断股软连线由很多细导线编织而成，因为动车组在运行中其动作次数比较频繁，假如软连线截面形状和连接方法不妥，就会造成软连线逐步折损。现在，软连线截面形状为扁平矩形结构，在相同截面面积和空气动力情况下，该截面结构软连线所受压力值较高，而从材料力学角度分析，该结构抗弯曲和剪切许用应力值又较小，其边缘部位又存在一定应力集中，造成软连线轻易断股。软连线断股后，因为单位面积电流增大，造成软连线及连接座温度升高，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复合结构绝缘子，关键由芯棒、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外绝缘部分，其作用是使绝缘子含有足够高抗湿闪和污闪性能，保护芯棒免受大气侵蚀。金具是合成绝缘子机械负荷传输部件，它和芯棒组装在一起组成绝缘子连接件，伞裙护套和芯棒之间用粘接胶进行粘接。因为硅橡胶绝缘子伞裙是柔性材料，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负压，在交会列车及速度改变时绝缘子周围空气动力长久作用，易出现交变舞动和振动变形，最终造成伞裙和护套连接处逐步裂损【3】。5.改善方法提议5.1加强接触网检测降低硬点数量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关系要求是很高。良好受流条件是动车组相关设备正常运行前提，也是接触网寿命延长关键。对于高速电气化铁路接触网，硬点检测是十分关键。加强接触网检测和调整、完善，降低硬点数量，能大大降低交变动态接触压力改变范围，减小受电弓所受冲击和振动。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，圆柱形表面迎风处正对来流方向为正压区，沿曲面向两侧，正压逐步减小变为负压。在相同截面面积和空气动力情况下，该截面结构软连线所受平均压力值较低，另外，该结构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和护套连接处裂损，可大大降低绝缘子爬电距离，在连续雨、雾等潮湿条件天气情况下极易发生放电闪络。所以，改善并确保其机械性能尤其是撕裂强度稳定性是确保支持绝缘子外绝缘伞套良好抗漏电起痕和蚀损性能、增水性及抗老化性关键。相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前提下，加强对原材料质量检验和对添加剂、补强剂使用质量分析监控。经过比较和近3个月利用表明，CRH3型动车组车顶高压跨接电缆现在采取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这类绝缘子。6.怎样避免受电弓故障频发受电弓是动车组安全运行关键部件，是沟通动车组和接触网桥梁，是动车组从接触网上获取能源并传输能源唯一部件。所以，在动车组运行途中受电弓产生故障，我们应该立即妥当处理，确保动车组安全运行。所以要检验电弓运行中磨损情况，坚固碳条安装，完整电头集，检验受电弓是否有变形等症状。检验轴承和受电弓链接处是否保能够灵活升降。检验底架橡胶应水平安装预防它变形。检验升弓装置有没有问题，能否灵活升降。检验连接线各处是否破损，链接部分是否紧密，是否有接触不良问题。保持升弓状态，听升弓状态声音，能够检测出受电弓气阀板是否有故障，电弓气阀板需要牢靠安装，预防漏气，其次是要看气压是否在正常范围内。对受电弓常常发生故障地方进行接触网检验，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，对受电弓工作原理、易发生故障、怎样处理受电弓突发故障进行系统培训。使检修人员、掌握新技能，方便处理受电弓出现故障。了解运行路段状态，填写信息反馈表。对受电弓常常发生故障地方进行接触网检验，将故障反应到相关维修部门，对此地方进行检修。并将修复后结果通知动车组。7.结论自年8月，经过对京津客运专线6列CRH3型动车组受电弓软连线和支持绝缘子进行改善，从试验和运行情况看，有效地预防了软连线断股、伞裙撕裂故障发生【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特点，各级运输主管部门、科研机构和利用单位要紧密协作，未雨绸缪，切实提升绝缘子质量，最大程度地消除冬季雾霜潮湿天气对接触网供电影响。参考文件：［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，［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．中国输电线路硅橡胶合成绝缘子研制和应用［J］．电力设备，（3）.［4］唐山轨道客车有限责任企业.SS400型受电弓［Z］.唐山：唐山轨道客车有限责任企业，.