電氣化鐵路及城市軌道交通弓網(wǎng)電弧特性研究綜述

電氣化鐵路及城市軌道交通弓網(wǎng)電弧特性研究綜述

目前，公共交通系統(tǒng)和城市軌道交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要采用弓網(wǎng)傳輸法為電力車提供能耗。一旦弓網(wǎng)接觸性能不穩(wěn)定或者發(fā)生分離,便會(huì)引起弓網(wǎng)燃弧現(xiàn)象。隨著我國電力機(jī)車運(yùn)行速度日益提高,牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)由于弓網(wǎng)離線電弧造成的電氣燒傷事故越來越頻繁。受流問題是制約電氣化鐵路提速的瓶頸之一,而弓網(wǎng)離線電弧是高速列車受流的關(guān)鍵問題。1弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生原因弓網(wǎng)系統(tǒng)中受電弓與接觸線的相互作用決定了牽引供電的可靠性和供電質(zhì)量。當(dāng)機(jī)車高速運(yùn)行時(shí),機(jī)車通過其頂部的受電弓從高壓接觸導(dǎo)線獲取所需要的電流,當(dāng)二者良好接觸時(shí),兩者的電壓相等。但在兩者分離的瞬間,兩者之間的電壓差急劇增加,使得他們之間的氣體發(fā)生“擊穿”現(xiàn)象,從而引起氣體放電現(xiàn)象,形成電弧。弓網(wǎng)電弧弧根往往是運(yùn)動(dòng)的,隨著弓網(wǎng)離線距離的增大,電弧被拉長,弧柱半徑減小,電弧電阻增大,弧柱溫度急劇升高,此時(shí)的電子發(fā)射方式由場電子發(fā)射為主轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭娮影l(fā)射和光電子發(fā)射為主,隨著機(jī)車?yán)^續(xù)前行,電弧進(jìn)一步被拉長,直到電弧吸收的能量不足以維持電弧繼續(xù)燃燒,電弧熄滅。弓網(wǎng)電弧的產(chǎn)生與接觸網(wǎng)懸掛方式、外界環(huán)境、供電制式、列車運(yùn)行狀態(tài)以及弓網(wǎng)匹配等因素密切相關(guān)。因此,弓網(wǎng)電弧起因極其復(fù)雜,對弓網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備的影響差異也很大。一般弓網(wǎng)在列車運(yùn)行弓網(wǎng)滑動(dòng)接觸過程、受電弓升降操作、受電弓經(jīng)過電分段、滑板或接觸物有異物、接觸線表面不平順或硬點(diǎn)等情況下產(chǎn)生電弧。2電弧模型的數(shù)值計(jì)算目前國內(nèi)外研究的電弧模型種類很多,但是針對弓網(wǎng)電弧很少。主要的研究思路有兩種:一種是研究電弧外部特性的數(shù)學(xué)模型;一種是研究內(nèi)部物理特性的數(shù)學(xué)模型。1939年,CASSIE在國際大電網(wǎng)會(huì)議上提出黑盒電弧模型,從宏觀角度研究電弧的外特性。1943年,MAYR提出MAYR電弧模型方程。電弧熄滅現(xiàn)象的分析也是由CASSIE和MAYR首先開始。CASSIE和MAYR提出的模型都是從能量流入手,以局部熱平衡方程的成立為前提。CASSIE模型主要適用于電流過零點(diǎn)前的大電流燃弧期間,而MAYR模型適合于電流過零時(shí)刻的小電流期間。鑒于此,近年來提出了很多基于MAYR模型和CASSIE模型的改進(jìn)電弧模型。文獻(xiàn)基于電弧和火花放電理論提出一種混成電弧模型,該模型從宏觀和微觀的角度討論電弧形成的觸發(fā)因素和影響。MAYR模型和CASSIE模型都是黑盒模型,其基本思想是把電弧看做一個(gè)二端元件,以便拋開電弧內(nèi)部復(fù)雜的物理過程,通過推測或假定電弧的某些內(nèi)部特性參數(shù)后,用實(shí)驗(yàn)的方法來研究電弧的外部特性,即弧壓與電弧電流的關(guān)系。20世紀(jì)70年代開始,對電弧模型的研究開始關(guān)注電弧內(nèi)部復(fù)雜的物理過程。文獻(xiàn)建立了開關(guān)電弧的一維模型,該模型假設(shè)電弧溫度均勻或沿徑向按一定規(guī)律變化,通過數(shù)值計(jì)算,得到各狀態(tài)變量在軸向上隨時(shí)間變化的情況。20世紀(jì)80年代電弧模型由一維模型發(fā)展到二維模型,但是這些二維模型對散熱方式只考慮了對流和輻射等因素。20世紀(jì)90年代電弧模型的研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H電弧熄滅的數(shù)值模擬,重點(diǎn)開始研究考慮電磁力、湍流、氣體黏滯等斷路器滅弧室實(shí)際因素的影響。20世紀(jì)90年代大多是通過氣流場來了解電弧的性質(zhì),文獻(xiàn)中NOVAK和MEUNIER將電弧描述為一個(gè)導(dǎo)電棒,電弧半徑由柯西能量平衡公式確定,電弧運(yùn)動(dòng)速度的確定借助于激波理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。我國在開關(guān)電弧模型方面也取得了很大進(jìn)展。劉曉明等提出在二維N-S方程和湍流模型求解基礎(chǔ)上的噴口電弧等效電阻網(wǎng)格法,建立了新型電弧動(dòng)態(tài)物理-數(shù)學(xué)模型。楊飛等在傳統(tǒng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程中引入了金屬蒸氣濃度方程耦合求解,以離子與電子的雙流體模型以及麥克斯韋方程為基礎(chǔ),推導(dǎo)得到了真空電弧的三維磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)模型,并在計(jì)算中考慮了金屬蒸氣對于電弧等離子體熱力學(xué)參數(shù)和輸運(yùn)參數(shù)的影響。文獻(xiàn)闡述真空電弧的研究進(jìn)展,指出燃弧階段的等離子體參數(shù)、電流過零至?xí)簯B(tài)恢復(fù)的物理描述以及弧后電流的衰減準(zhǔn)確計(jì)算3個(gè)目前需要繼續(xù)研究的方向。近年來,國內(nèi)外一些學(xué)者又從電弧的實(shí)際形態(tài)出發(fā),將電弧假定為一條由若干電弧片斷連接而成的鏈條,即看作運(yùn)動(dòng)的電弧鏈來研究電弧。HORINOUCH假定電弧是一條由許多電弧片連接而成的電弧條,電弧鏈的整體運(yùn)動(dòng)變化取決于電弧片的個(gè)體運(yùn)動(dòng)。國內(nèi)近兩年也有突破,文獻(xiàn)采用鏈?zhǔn)诫娀∧Ｐ?分析并聯(lián)間隙裝置之間產(chǎn)生的電弧所受到的磁場力、空氣阻力和熱浮力,獲得了電弧運(yùn)動(dòng)速度控制方程,建立考慮熱浮力作用的架空線路并聯(lián)間隙電弧運(yùn)動(dòng)模型。文獻(xiàn)考慮了在開放空間下電弧產(chǎn)生的沖擊波及強(qiáng)烈氣流耦合電磁場等因素,基于電弧鏈?zhǔn)剿枷牒徒?jīng)典激波理論來分析電弧在強(qiáng)烈氣流影響下的受力情況,推導(dǎo)出電弧運(yùn)動(dòng)速度控制方程,并結(jié)合能量平衡方程及熱交換原理,建立耦合場的電弧模型,最后通過有限差分法求解。此外,以同時(shí)考慮電弧外部特性和內(nèi)部物理特性為出發(fā)點(diǎn),文獻(xiàn)提出結(jié)合物理模型和黑盒電弧模型的復(fù)合電弧模型,在多數(shù)據(jù)和多參數(shù)情況下,驗(yàn)證了連接的物理模型與電弧黑盒模型在電弧過零區(qū)域的準(zhǔn)確性。針對弓網(wǎng)滑動(dòng)電弧,文獻(xiàn)用瞬態(tài)的電弧模型描述滑動(dòng)弧的能量傳遞,并用近似的介質(zhì)電導(dǎo)率和熱擴(kuò)散系數(shù)對模型進(jìn)行簡化,解決了由于電弧結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的移動(dòng)邊界問題。文獻(xiàn)[26-27]討論了電氣化鐵路弓網(wǎng)電弧的機(jī)理和影響參數(shù)。文獻(xiàn)討論了計(jì)及風(fēng)影響的潛供電弧自熄特性計(jì)算研究,雖然不是研究弓網(wǎng)電弧,但思路值得借鑒。文獻(xiàn)基于改進(jìn)的MAYR黑盒電弧模型和時(shí)控開關(guān)仿真討論了弓網(wǎng)分離產(chǎn)生的電弧行為與影響。綜上,MAYR和CASSIE提出的電弧數(shù)學(xué)模型都從能量流入手,是研究電弧外部特性的數(shù)學(xué)模型。基于數(shù)值擬合的電弧模型能準(zhǔn)確描述某特定場合的電弧特性,但其不具備通用性?；诮?jīng)驗(yàn)公式的電弧模型表達(dá)式簡單,但精度不高,且參數(shù)確定較為困難?；诘入x子體控制方程的電弧模型能較好地描述電弧特性,但其求解方法復(fù)雜,結(jié)果有發(fā)散或振蕩的可能。MHD電弧模型推導(dǎo)嚴(yán)密,物理概念清晰,但其邊界條件的推導(dǎo)需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持,否則難以實(shí)現(xiàn)。鏈?zhǔn)诫娀∧Ｐ湍苊枋鲭娀慕⒌较绲膹?fù)雜物理過程,并可以結(jié)合電弧試驗(yàn)分析不同物理?xiàng)l件下的電弧特性。高速電氣化鐵路弓網(wǎng)電弧具有自身的特殊性:電弧可能受到高速動(dòng)車運(yùn)動(dòng)引起的空氣流動(dòng)的影響、接觸網(wǎng)和受電弓機(jī)械振動(dòng)的影響和復(fù)雜大氣環(huán)境的影響等,因而針對弓網(wǎng)電弧模型的建立還需考慮更多的因素。3弓網(wǎng)電弧電氣特性研究進(jìn)展目前,隨著材料學(xué)、摩擦學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,國內(nèi)外針對弓網(wǎng)電弧的非電氣特性開展了大量的研究工作,但是針對專門的弓網(wǎng)電弧電氣特性研究并不是很多。3.1弓網(wǎng)電弧的載流特性及影響因素弓網(wǎng)離線電弧放電時(shí)會(huì)造成接觸副表面溫度的升高從而引起接觸表面的氧化磨損和電弧燒蝕,進(jìn)而導(dǎo)致摩擦副材料磨損的增大。近些年,國內(nèi)外學(xué)者主要通過結(jié)合機(jī)械特性的電氣特性對于電弧侵蝕進(jìn)行研究,取得了眾多成果。文獻(xiàn)研究基于自收縮效應(yīng)的電弧行為特性,揭示電弧起弧機(jī)理,分析電流對弧前自收縮過程的影響,研究電弧形態(tài)隨電弧電壓的演變規(guī)律。文獻(xiàn)研制了一套弓網(wǎng)電弧試驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠模擬弓網(wǎng)柔性平直接觸、滑板Z字形運(yùn)動(dòng)及垂向沉浮運(yùn)動(dòng)等弓網(wǎng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并針對弓網(wǎng)電弧對接觸網(wǎng)導(dǎo)線、受電弓滑板侵蝕嚴(yán)重、形貌特征等進(jìn)行試驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[31-32]研究直流低電壓、小電流下幾種不同觸頭材料的電弧侵蝕量與分?jǐn)嗳蓟r(shí)和觸頭表面形貌之間的關(guān)系,分析出了幾種不同材料下的燃弧能量和分散電弧侵蝕的措施。文獻(xiàn)對受電弓滑板-接觸線間摩擦磨損性能機(jī)理進(jìn)行研究,找出抑制電弧放電的方法,并討論不同碳滑板傾角和法向力對純碳滑板摩擦磨損性能以及受電弓碳滑板與接觸網(wǎng)銅導(dǎo)線離線電弧特性的影響。文獻(xiàn)以銅基粉末冶金-鉻青銅摩擦副為對象,研究載流條件下摩擦副的表面粗糙度對電弧電氣侵蝕的影響規(guī)律。結(jié)果表明,表面越光滑,燃弧時(shí)間越長,電弧能量越高;而電弧發(fā)生及能量大小的隨機(jī)性與不確定性、電弧對試樣表面的侵蝕都導(dǎo)致了電壓與電阻的波動(dòng),是載流效率和載流穩(wěn)定性變差的主要原因。吳積欽等依據(jù)電接觸理論對弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧產(chǎn)生的原因及其影響進(jìn)行分析,結(jié)果表明:弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧有靜止和運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài),靜止電弧在短時(shí)間內(nèi)會(huì)燒損接觸網(wǎng)線索,電弧運(yùn)動(dòng)速度越高,對接觸網(wǎng)線索的熱侵蝕程度就越輕。吳積欽等在文獻(xiàn)中根據(jù)瞬態(tài)熱傳導(dǎo)理論建立弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧燒蝕模型,分別對靜止電弧和運(yùn)動(dòng)電弧在兩種熱流輸入情況下接觸線的熱過程進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明:靜止電弧和運(yùn)動(dòng)電弧對接觸線的電氣侵蝕程度不同。郭鳳儀等研制了弓網(wǎng)高性能滑動(dòng)電接觸實(shí)驗(yàn)平臺,從理論和實(shí)驗(yàn)角度分析電弧對接觸網(wǎng)導(dǎo)線、受電弓滑板的侵蝕特性。郭鳳儀等在文獻(xiàn)中進(jìn)一步對法向載荷如何影響受電弓滑板和接觸導(dǎo)線之間載流磨損特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明:當(dāng)法向載荷大于某值時(shí),主要磨損為機(jī)械磨損,法向載荷小于某值時(shí),主要磨損為電氣磨損。吳廣寧等研究了弓網(wǎng)電弧的機(jī)理、動(dòng)態(tài)特性和能量特性,并對弓網(wǎng)電弧的抑制措施進(jìn)行探索。文獻(xiàn)研究不同接觸壓力、牽引電流條件下的弓網(wǎng)靜態(tài)接觸電阻數(shù)學(xué)表達(dá)式,并且得到弓網(wǎng)接觸壓力小于70~80N時(shí)接觸電阻隨接觸壓力的增加急劇減少,當(dāng)接觸壓力大于70~80N后,接觸電阻隨接觸壓力的變化近似恒定關(guān)系。文獻(xiàn)通過在車載變壓器高壓側(cè)并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)大小的電容,降低電源及回路電感中能量在電弧中的消耗,最終實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)并聯(lián)到車載變壓器高壓側(cè)電容值取為8.3μF時(shí),可以使弓網(wǎng)電弧的能量消耗降低40%,過電壓降低30%。在文獻(xiàn)中,針對受電弓弧的電參數(shù)如電壓、電流和能量在不同負(fù)荷下的弓網(wǎng)電弧實(shí)驗(yàn)測試和詳細(xì)分析,指出電弧電氣侵蝕程度主要由電弧能量確定。綜上,目前國內(nèi)外針對基于電氣特性電弧侵蝕的研究主要集中在定性的研究方面,雖然得出了普遍性規(guī)律,但是關(guān)于電弧侵蝕的機(jī)理研究還很不充分,尚缺少一個(gè)完善的接觸線電弧侵蝕的物理模型用來計(jì)算接觸線的受侵蝕程度。3.2電化學(xué)負(fù)載過流器放電能量的影響根據(jù)國內(nèi)外針對基于電氣特性電弧侵蝕的研究進(jìn)展可以看出,目前關(guān)于電弧侵蝕的定量分析研究很少。因此,接觸網(wǎng)系統(tǒng)電弧電氣侵蝕應(yīng)加強(qiáng)對電弧能量的深入研究,電弧能量大小直接關(guān)系到電弧侵蝕的程度。KUBO等在文獻(xiàn)中提出了電弧能量的計(jì)算公式式中:E為單次離線的電弧能量,J;U為電弧電壓,V;I為電流,A;Δt為燃弧時(shí)間,s。此外,電弧侵蝕量與電弧能量有如下關(guān)系式式中:Ws為受電弓和接觸網(wǎng)材料的侵蝕量;E為電弧能量,J;a、b是與弓網(wǎng)材料有關(guān)的系數(shù)。王其平根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出電弧侵蝕量與電流和電弧燃熾時(shí)間關(guān)系的數(shù)值表達(dá)式式中:Ws為材料的侵蝕量;I為電流有效值,A;ta為電弧燃熾時(shí)間,s;k為與材料有關(guān)的系數(shù)。國外的研究中,JEMMA等研究發(fā)現(xiàn)電感負(fù)載下電接觸中電弧的能量是電阻負(fù)載下電弧能量的100倍左右,同時(shí)探討了負(fù)載因素對電弧能量大小的影響。BORKOWSKI認(rèn)為,電弧能量是通過電弧側(cè)面損失的,能量損失的多少與電弧的幾何尺寸密切相關(guān),并給出電弧能量輸入到電極表面的計(jì)算公式。SWIN-GLE認(rèn)為,電弧能量輸入到電極有輻射傳輸和電弧通道傳輸兩種方式,輻射傳輸過程是電弧能量損失的主要原因,電極表面所得的電弧能量是部分輻射傳輸和全部電弧通道傳輸之和。國內(nèi)的研究中,文獻(xiàn)分析了觸點(diǎn)分離初速度對液態(tài)金屬橋能量、金屬相電弧能量、氣體相電弧能量以及電弧總能量的影響,論證了在一定條件下提高觸點(diǎn)分離初速度有利于電弧燃弧能量的減少。周瑋等探討了電壓和電流參數(shù)對直流電弧的影響,認(rèn)為電壓會(huì)極大地影響電弧的能量,電流對電弧能量的影響是線性的,同時(shí)闡釋了電壓和電流因素對電弧能量大小產(chǎn)生的影響。文獻(xiàn)在開發(fā)的高速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上,試驗(yàn)研究在交流電場和不同接觸壓力條件下電弧放電對純碳滑板-銅接觸線高速滑動(dòng)摩擦磨損性能的影響,并分析弓網(wǎng)碳滑板的磨損率隨電弧能量的增大而增加的比例關(guān)系。文獻(xiàn)討論負(fù)載特性對弓網(wǎng)電弧能量的影響,指出電弧的平均燃弧時(shí)間隨著牽引電流的增大呈指數(shù)增長,且感性負(fù)載的燃弧時(shí)間較阻性負(fù)載的長;隨著負(fù)載功率因數(shù)的增大,弓網(wǎng)電弧的能量逐漸減小。文獻(xiàn)通過不同負(fù)載特性下弓網(wǎng)電弧耗能的研究,得出在典型參數(shù)下電容特性負(fù)載電弧消耗能量不超過電感特性負(fù)載電弧消耗的能量的35.59%的結(jié)論,并提出在車載牽引降壓變壓器的高壓側(cè)并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙莼蛑绷鲾夭夹g(shù)實(shí)現(xiàn)電容特性負(fù)載的方案。弓網(wǎng)電弧能量大小的影響因素,除上述研究成果提及的因素外,還包括牽引供電系統(tǒng)拓?fù)?、?fù)載性質(zhì)、電器元件參數(shù)、電源電壓和負(fù)載電流運(yùn)行參數(shù)、受電弓運(yùn)動(dòng)速度、離線時(shí)受電弓在水平方向和垂直方向上的移動(dòng)距離、空氣流動(dòng)狀態(tài)等影響因素。4弓網(wǎng)電弧電磁干擾研究減少弓網(wǎng)間電弧,降低因電弧造成的弓線侵蝕磨損,保證機(jī)車可靠運(yùn)行,已是當(dāng)前列車在高速和重載條件下受流必須解決的問題。針對弓網(wǎng)電弧的電氣干擾,目前國內(nèi)外的研究比較集中在過電壓和電磁干擾的影響。文獻(xiàn)對于弓網(wǎng)離線過程產(chǎn)生過電壓過電流現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)研究受電弓脫離接觸網(wǎng)后產(chǎn)生的危害,并從電氣角度分析受電弓離線時(shí)產(chǎn)生過電壓的機(jī)理。吳廣寧等通過對弓網(wǎng)電弧的電氣特征試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),弓網(wǎng)系統(tǒng)起弧瞬間電流具有較大的過沖,弓網(wǎng)兩端電壓迅速下降;在電弧穩(wěn)定燃燒時(shí),電弧電壓值相對較穩(wěn)定,電流呈正弦規(guī)律變化。到目前為止,國外還很少見到對弓網(wǎng)電弧電磁干擾專門的研究報(bào)道。BRUNO研究弓網(wǎng)相對靜止時(shí)升、降弓瞬間的電磁輻射問題。文獻(xiàn)研究電氣化鐵路弓網(wǎng)電弧的電磁干擾,尤其是對各個(gè)電氣設(shè)備的影響。國內(nèi),吳積欽等依據(jù)電接觸理論對弓網(wǎng)系統(tǒng)電接觸特點(diǎn)、接觸電阻、穩(wěn)態(tài)熱效應(yīng)、暫態(tài)熱效應(yīng)及電弧的產(chǎn)生進(jìn)行分析研究,指出弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧對周圍環(huán)境雖產(chǎn)生電磁干擾,但卻能保證電動(dòng)列車正常取流的連續(xù)性。文獻(xiàn)認(rèn)為電氣化鐵道中的脈沖電磁干擾主要來源于弓網(wǎng)離線電弧。并根據(jù)離線電弧產(chǎn)生的機(jī)理和條件,建立SIMULINK仿真模型。文獻(xiàn)根據(jù)電弧電磁騷擾的模型引入APD(幅度概率分布)的概念測量電弧放電電壓等級。文獻(xiàn)指出弓網(wǎng)離線電弧高頻分量的頻譜特征范圍為3~50MHz,并且運(yùn)用現(xiàn)代信號分析方法分析了頻譜,同時(shí)基于頻譜討論了弓網(wǎng)電弧的抑制辦法。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)一種基于高速攝像和碰撞式觸頭恒速分?jǐn)嗟碾娀?shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用電弧實(shí)驗(yàn)平臺,運(yùn)用圖像處理提取特征,得到了燃弧時(shí)間、弧根位置分布、質(zhì)量轉(zhuǎn)移等電弧及電腐蝕參數(shù)與吹弧磁場的關(guān)系。朱峰電磁場實(shí)驗(yàn)室在理論上對離線電弧電磁干擾的物理特性、數(shù)學(xué)模型、等效輻射天線模型進(jìn)行研究,并進(jìn)行現(xiàn)場測試及數(shù)據(jù)分析,得出離線電弧電磁干擾的幅頻特性,并且提出利用在受電弓高壓母線加載鐵氧體磁環(huán)的方法抑制離線電弧產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。隨著我國鐵路列車運(yùn)行速度的提高,弓網(wǎng)離線率明顯上升。離線將引起接觸網(wǎng)和受電弓之間產(chǎn)生電弧,特別是100ms以上大離線電弧會(huì)更多,影響會(huì)更大。5弓網(wǎng)燃弧狀態(tài)檢測技術(shù)隨著列車高速化和重載化,弓網(wǎng)離線電弧檢測將是未來評價(jià)高速鐵路弓網(wǎng)受流質(zhì)量的重要檢測方式。目前,國內(nèi)外研究弓網(wǎng)離線電弧檢測的主要目標(biāo)是通過對電量或非電量檢測特征量的統(tǒng)計(jì)分析和對接觸線每公里受流質(zhì)量的量化來確定受流質(zhì)量指數(shù),以幫助檢測和維修工作順利進(jìn)行。文獻(xiàn)是一種將受電弓電流及其微分值作為檢測特征量,將兩者都為零的情形作為離線判定依據(jù)的方法,但該方法在受電弓電流波形畸變較大、電流大小急劇變化等情況下不能正確測定離線。文獻(xiàn)[63-64]采用電流循環(huán)式離線檢測法測量。根據(jù)試驗(yàn),這種方法對離線火花檢測正確率達(dá)99.5%以上,這種技術(shù)己經(jīng)應(yīng)用于我國JJC-1型接觸網(wǎng)檢測車上。文獻(xiàn)根據(jù)離線時(shí)受電弓與接觸導(dǎo)線間電阻變大的原理進(jìn)行檢測,該方法技術(shù)簡單、費(fèi)用低,為大多數(shù)接觸網(wǎng)檢測車所采用。文獻(xiàn)采用受電弓與地間接入兩個(gè)電容器和一個(gè)電阻的電阻-電容法,此方法測量精度高,己用于日本鐵路檢測車上。文獻(xiàn)采用高幀率面陣相機(jī)的圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對弓網(wǎng)燃弧狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測,但缺點(diǎn)在于后臺數(shù)據(jù)量過大,影響實(shí)時(shí)性。意大利比薩大學(xué)采用光電傳感器探測弓網(wǎng)燃弧時(shí)發(fā)出的紫外光(175~195nm),在意大利ETR500高速列車上實(shí)現(xiàn)了弓網(wǎng)燃弧的精確測量。日本鐵道綜合技術(shù)研究所也開發(fā)出了原理相近的弓網(wǎng)燃弧檢測裝置。文獻(xiàn)對基于弓網(wǎng)電弧電氣參數(shù)和侵蝕測量的試驗(yàn)裝置進(jìn)行研究。文獻(xiàn)采用邁克爾遜干涉儀與3個(gè)光纖傳感器檢測受電弓與接觸網(wǎng)之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸壓力以及溫度變化,并且試驗(yàn)?zāi)M了根據(jù)電測量而采用的弓網(wǎng)接觸傳感器的性能比較。國內(nèi)西南交通大學(xué)高電壓實(shí)驗(yàn)室對弓網(wǎng)電弧檢測做了大量工作,首先針對弓網(wǎng)電弧的過電壓幅度和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行研究,與此同時(shí),還對諧波頻譜、電流波形畸變以及對牽引變壓器的影響進(jìn)行了討論。另外,該實(shí)驗(yàn)室通過一種新的測試儀器得到了電弧電氣電流的燃弧曲線。同時(shí)對不同負(fù)荷下的受電弓電弧參數(shù)(電壓、電流和能量)進(jìn)行測試,結(jié)果表明電弧的平均時(shí)間在一定工況下不隨牽引電流變化而變化,在電弧能量降低時(shí),負(fù)載功率因數(shù)也隨之提高。該實(shí)驗(yàn)室還研制了一種新的受電弓弧試驗(yàn)裝置,該裝置可以模擬橫向(曲折)運(yùn)動(dòng)、垂直振動(dòng)和靈張力調(diào)整,對電弧電氣參數(shù)與形態(tài)特征進(jìn)行在線分析。此外,針對長間隙空氣電弧檢測方法,文獻(xiàn)指出電弧溫度是表征長間隙空氣電弧物理特性的重要參量,該方法中采用光譜診斷法測量長間隙空氣電弧溫度,為分析輸電線路潛供電弧的自熄特性提供了依據(jù),對檢測和分析弓網(wǎng)電弧也有很好的借鑒意義。6弓網(wǎng)電弧研究的下一步研究方向到目前為止,針對弓網(wǎng)電弧問題專門研究報(bào)道并不多,與之相關(guān)的電弧問題的研究主要集中在開關(guān)電弧模型的建立與分析、能量分布、對觸頭材料的侵蝕和載流摩擦磨損等方面;針對弓網(wǎng)的研究也都集中在機(jī)械接觸等非電氣特性上,針對弓網(wǎng)電弧模型和電氣特性的分析和檢測并不多。隨著電氣化鐵路的重載化與高速化,弓網(wǎng)電弧現(xiàn)象越來越引起關(guān)注。針對弓網(wǎng)電弧的研究,下一步應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行深入研究:(1)在弓網(wǎng)電弧數(shù)學(xué)模型上,可以借鑒黑盒模型思路,通過實(shí)驗(yàn)室弓網(wǎng)電弧實(shí)驗(yàn),獲得大量電壓、電流等電氣參數(shù)數(shù)據(jù),建立適合弓網(wǎng)電弧的阻抗模型;另外,針對高速條件下嚴(yán)重的拉弧現(xiàn)象,可以建立弓網(wǎng)鏈?zhǔn)嚼∧Ｐ?并研究弓網(wǎng)拉弧的熄滅機(jī)理和多場耦合分布。弓網(wǎng)電弧處于比其他領(lǐng)域電弧