電力機車受電弓常見故障及維修策略研究

周正龍

摘 要：受電弓是實現(xiàn)電力機車從接觸網(wǎng)取得電能的重要設(shè)備，安裝在機車車頂上。負(fù)荷電流通過受電弓滑板接觸面的流暢程度與接觸壓力、過渡電阻、接觸面積有關(guān)，本文重點對電力機車受電弓的工作狀態(tài)進(jìn)行研究，并針對其中的常見故障進(jìn)行分析，并結(jié)合實際情況介紹了相應(yīng)的維修策略。

關(guān)鍵詞：電力機車 受電弓 故障 維修

隨著我國科技水準(zhǔn)的迅猛發(fā)展，電力機車的快速普及化和發(fā)展，機車安全運行也是重中之重，電力機車中的受電弓是電力機車的主要電氣設(shè)備，主要承擔(dān)著連接和傳輸電力的功能。在收電弓上升過程中，通過向電力機車內(nèi)部的高壓電力裝置輸送電力，為電力系統(tǒng)提供多種能源。受電弓一旦出現(xiàn)故障，將直接影響到列車的安全，甚至危及到乘客的生命財產(chǎn)安全。因此，對電弓容易出現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計，分析其控制原理，找出造成其主要故障的原因，迅速、高效地進(jìn)行故障排除，找出問題的根源，并采取相應(yīng)的整改措施，確保列車的正常運行[1]。

1 受電弓結(jié)構(gòu)組成及基本原理

既定受電弓的特性是新建接觸網(wǎng)方案設(shè)計和所需要的參數(shù)選取的主要依據(jù)。受電弓要去具有一定的基本特性，同時能夠適用于所規(guī)定的適用范圍。受電弓的設(shè)計和特性對于弓網(wǎng)系統(tǒng)的運行質(zhì)量具有非常重要的影響，如果高速的將接觸網(wǎng)與不適合高速的受電弓匹配，則不會出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，相反，也不可能利用高速受電弓與普通接觸網(wǎng)進(jìn)行匹配用來進(jìn)一步提高接觸網(wǎng)的最高速度。完善的設(shè)計應(yīng)該保證可以在不同的接觸網(wǎng)上使用受電弓，同時使列車能夠擁有良好好的運行性能。運行中的受電弓部分或全部帶電，其基本作用是建立電氣列車和接觸網(wǎng)的電接觸。實現(xiàn)電氣列車所需要的電能的集流和傳輸。

受電弓的工作特點：當(dāng)單列動車組運行時，動車組上的兩個受電弓，其中一個受電弓用于采集單相交流電。為了實現(xiàn)此目的，兩個受電弓即動車組的兩個牽引單元通過車頂?shù)碾娎|進(jìn)行連接，在單列車運行過程中，兩個受電弓的任何一個都具有相同的性能。當(dāng)列車處于雙牽引運行時，兩個受電弓每單元一個升起。受電弓在車頂?shù)陌惭b位置以及兩個受電弓之間的距離應(yīng)該以此單元來決定。確保雙牽引過程中有一個好的集電弓。在動車組重聯(lián)時兩個受電弓被升起，即每個列車上各一個受電弓升起。單相交流電由動車組優(yōu)先使用的受電弓進(jìn)行收集。而受電弓的優(yōu)先配置取決于列車的配置，即列車是單列運行還是重聯(lián)運行。在發(fā)生故障的情況下，就會要求列車以另一種配置進(jìn)行工作，而這種情況發(fā)生時列車的最高運行速度則會受到限制。同樣的，在故障情況下列車的最高運行速度決定了相關(guān)接觸網(wǎng)軌道中的運行圖情況。特別的，為了避免受電弓在運行過程中，列車的頭部受到空氣渦流的負(fù)面影響，受電弓通常被布置在距離兩端車頭足夠遠(yuǎn)的地方。

受電弓的種類繁多，與其傳動系統(tǒng)的方式、運行的速度、使用的場合、受電弓的框架、臂桿的結(jié)構(gòu)等有關(guān)[3]。受電弓的結(jié)構(gòu)與列車的運行速度、接觸網(wǎng)的狀況，同時，因為每個國家的制造經(jīng)驗和技術(shù)上的差別所以受電弓也是各不相同的。本文以為單臂形受電弓為例，如圖1所示，其中各部分名稱如下：1-框架；2-底架；3-弓頭；4-滑板；5-弓角；6-弓頭長度；7-弓頭寬度；8-弓頭高度；9-固定支承軸；10-滑板長度；11-下部工作位置高度；12-上部工作位置高度；13-受電弓的工作范圍；14-落弓高度。

2 電力機車受電弓常見故障研究

2.1 受電弓無法升弓和降弓

和諧型電力機車正在使用的DSA-200、TSG-15等型號受電弓都屬于氣囊弓，安裝有ADD自動降弓裝置，這個裝置可以在緊急情況下自動降弓，避免二次升弓等功能，能夠有效防止故障擴大化。但每年到了冬季之后，特別是在北方地區(qū)，當(dāng)最低氣溫達(dá)到零下20攝氏度以下時，和諧性電力機車的自動降弓和自動升弓就會失靈，因為氣溫的原因，導(dǎo)致這種故障頻發(fā)，也導(dǎo)致了大量的臨修、機破故障。該故障具有區(qū)域性、周期性，嚴(yán)重影響機車運用秩序。

無法升弓和降弓的原因：受電弓的旋鈕和故障開關(guān)有很大可能損壞導(dǎo)致接觸不良或者出現(xiàn)其他的問題；BHF出現(xiàn)故障或有的接線發(fā)生松弛；升弓電空閥和出現(xiàn)故障或有的接線因為使用時間較長發(fā)生松弛的現(xiàn)象；也有可能是門沒有按要求關(guān)好或門聯(lián)鎖頂桿沒有到達(dá)要求的位置；或者風(fēng)路的塞門沒有打開或者是產(chǎn)生的風(fēng)壓太低；升弓彈簧失去彈性或損壞。

解決措施：（1）自動將弓降下，把車立即停下后檢查受電弓損壞到了什么程度，并及時記錄下受電弓在哪個位置發(fā)生的刮弓；（2）控制電器柜上的每個電器開關(guān)都要處于規(guī)定的位置；（3）先更換新的受電弓，然后對受電弓進(jìn)行升弓試驗。（4）升弓氣路風(fēng)壓的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值為600kPa，用升弓氣路風(fēng)壓與這個數(shù)值作對比，如果比這個數(shù)值低，就要用輔助壓縮機往里面加壓，使得風(fēng)壓值高于標(biāo)準(zhǔn)值。

自動降弓裝置（ADD）工作原理是：當(dāng)受電弓滑板上的管道發(fā)生漏氣的情況時，需要把管道內(nèi)的壓縮空氣排出，這個時候壓力就會下降，從而使得升弓裝置內(nèi)的壓縮空氣從快速排氣閥內(nèi)快速地排出，迫使受電弓馬上降下。如果是快速排氣閥與滑板間的導(dǎo)管出現(xiàn)故障的時候，這個時候需要將自動降弓裝置停止工作，這時就能夠通過關(guān)閉閥門來實現(xiàn)。當(dāng)滑板出現(xiàn)故障后，但受電弓依然可以正常工作時，漏氣的量較少時可通過快速排氣閥制止。把升弓電空閥內(nèi)的的壓縮空氣全部向氣囊充氣，沖完氣后進(jìn)入到快速排氣閥的下室，再從快速排氣閥的下室進(jìn)入到快速排氣閥的上室，與此同時，通過關(guān)閉閥來向滑板管道充氣[2]。

2.2 受電弓升起后放電

（1）加強弓架與受電弓滑板之間的三角板，目的是防止受沖擊后出現(xiàn)刮網(wǎng)安全隱患；（2）電弓架的平衡桿和推桿間的絲扣及焊接處應(yīng)加強其機械強度，以免發(fā)生弓網(wǎng)故障；（3）選擇受電弓滑板時，必須對電氣化區(qū)段的接觸線線種達(dá)到最佳電耦合，可適當(dāng)延長使用時限；（4）入庫前，應(yīng)保證受電弓絕緣子干凈，以免引起絕緣子爆炸，導(dǎo)致事故發(fā)生；（5）定期檢修時，應(yīng)加強對受電弓的升降特性維護(hù)，出現(xiàn)問題及時調(diào)整。對受電弓部件安裝位置進(jìn)行調(diào)整，增加橡膠止擋高度，使橡膠止擋水平位置高于弓頭撐板5mm。降弓后，橡膠止擋用于支撐受電弓上臂桿，弓頭撐板對碳滑板起支撐作用；（6）加強檢查固定滑板條夾板處的腐蝕狀況，特別要對滑板碳條處斷裂、缺口、平整度等檢查；

故障原因：因為車頂上有些部件是導(dǎo)體，大概率是這些導(dǎo)體接觸了帶電的物體引起放電；也可能是雨水，霧水與導(dǎo)體產(chǎn)生放電；車頂安裝有支持瓷瓶，可能是這個瓷瓶炸裂引起的。

維修策略：（1）如果是因為導(dǎo)電的原因，應(yīng)該立即將受電弓降下，然后在確保斷電的情況下重新掛好接地線，然后再上車確認(rèn)，處理完成后便可按照原來的樣子正常使用；（2）如果是因為瓷瓶炸裂，先看瓷瓶損壞是否嚴(yán)重，比較嚴(yán)重時可以拆除導(dǎo)電桿的軟連線，拆除以后，靠受電弓的另一端來維持機車的運行[3]。

2.3 受電弓受流時拉弧

在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是電氣化鐵道的主要供電設(shè)備，電力機車是通過接觸網(wǎng)來獲得電能的，對接觸網(wǎng)懸掛的類型和接觸線材料的選擇進(jìn)行了廣泛而深入地研究，并引進(jìn)了幾種模式的高速受電弓，以提高弓網(wǎng)受流質(zhì)量。伴隨著中國高速鐵路的速度的提高，在長區(qū)段弓網(wǎng)運行中多次出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，而拉弧的整治不是畢其功于一役的，有時會感到成本太大，效果不明顯，還會造成施工進(jìn)度的延期。

故障原因：控制車頂?shù)墓艿莱霈F(xiàn)損壞，有漏氣的現(xiàn)象；有的接頭接觸不良導(dǎo)致少量的漏氣現(xiàn)象。

維修策略：（1）當(dāng)故障的原因是調(diào)壓閥壓力值不夠的時候，按照規(guī)定的數(shù)值來調(diào)整壓力值，如果是因為調(diào)壓閥損壞，如果有充足的時間的話，可以把堵先拆除掉，直接用總空氣來維持運行，如果時間不充足的話，可以先用輔助壓縮機進(jìn)行打風(fēng)來維持運行，等到時間充足后再進(jìn)行后續(xù)的處理。（2）如果是因為接觸網(wǎng)時，可以先進(jìn)行降低受電弓處理，過一段時間后再次升弓看是否排除故障，并將故障及時報告給前方到站，以便工作人員及時處理。（3）如果是其余幾個故障原因時，將另一邊的受電弓升起來維持運行。

2.4 壓力開關(guān)故障

壓力開關(guān)是與電器開關(guān)相結(jié)合的裝置，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)先設(shè)定的流體壓力時，開關(guān)接點動作。主要應(yīng)用于電廠、石化、冶金行業(yè)等工業(yè)設(shè)備上輸出報警或控制信號，在工業(yè)領(lǐng)域中有著重要的用途，能預(yù)防生產(chǎn)工程中重要裝置的損壞，避免了重大生產(chǎn)事故地發(fā)生。

故障原因：受電弓升弓的過程大概為6～10秒，在這個時間范圍內(nèi)，壓力開關(guān)的設(shè)定初始值會有所改變時，在準(zhǔn)備受電弓期間的壓力時間內(nèi)，壓力開關(guān)氣路的氣壓值將保持不變。壓力開關(guān)沒有將故障信號發(fā)出，之后機車控制系統(tǒng)發(fā)出有關(guān)受電弓的信號。

維修：電力機車的控制系統(tǒng)會設(shè)定一個自動封鎖的數(shù)值，可能是這個值太小，受電弓拉伸，收縮弓的時候，開關(guān)的設(shè)定值正好與氣壓的最低值幾乎相同，這就會使受電弓變得極其不穩(wěn)定，有兩種方法可以解決壓力開關(guān)故障：（1）將機車控制系統(tǒng)自動封鎖的時間變大，（2）將壓力開關(guān)的設(shè)定的最低值盡量減小[4]。

2.5 滑板條損耗

電力牽引機車從接觸網(wǎng)上獲取電能的電氣設(shè)備，安裝在電力機車或動車車頂上。負(fù)荷電流通過接觸線和受電弓滑板接觸面的流暢程度，滑板與接觸線間的接觸壓力、過渡電阻、接觸面積有關(guān)，取決于受電弓和接觸網(wǎng)之間的相互作用。受電弓在與電網(wǎng)線路的接觸過程中，由于碳滑板與線路的摩擦，會對碳滑板造成一定的損耗，因此需要過一段時間后對碳滑板厚度進(jìn)行檢測和替換，以防止碳滑板磨損影響列車的取電。

故障原因：受電弓滑板的磨損嚴(yán)重，滑板與接觸線接觸造成磨損。（1）機械磨損：新接觸線的底部是帶有弧度的，并且接觸線表面不是很光滑，會有許多的硬毛刺，這會造成新滑板線路快速磨耗。多接觸一段時間，經(jīng)過一段時間的磨損，滑板線上的毛刺會慢慢減少，他們之間配合越來越好，磨損就會減少。（2）電氣磨耗：新開線上會有許多的毛刺，并且在開通之前長期暴露在空氣之中，表面自然受到了非常大的污染，在開始階段與受電弓滑板的接觸不良，會產(chǎn)生很大的電火花。

維修策略：為保證受電弓碳滑板與接觸網(wǎng)的高度相同以便相互配合，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個方面：（1）將正線接觸網(wǎng)均勻的分布；（2）受電弓每次的升弓高度會出現(xiàn)不同不管是哪個高度，都要注意它的保持力；（3）受電弓的設(shè)計主要是弓頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不管碳滑板的磨損程度是否均勻，都要確保它與接觸網(wǎng)能配合良好[5]。

3 總結(jié)

在日常中，我們必須經(jīng)常保養(yǎng)受電弓，這樣可以及時的發(fā)現(xiàn)受電弓存在的問題或安全隱患，有效采取措施施予以解決，以到降低故障發(fā)生率、提高受電弓運行穩(wěn)定性、保障受電弓使用壽命的效果。主要分為兩部分：

（1）清洗工作。對受電弓支持絕緣子、活動框架鉸鏈部分等位置采用布、WD-40清潔劑等試劑，通過擦拭，清洗等方式進(jìn)行日常保養(yǎng)。

（2）定期檢查工作。對受電弓的每個方面定期進(jìn)行檢查，確保受電弓整體安全性。如檢查弓角與滑板條間的間隙是否超限；檢查受電弓靜態(tài)壓力是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；檢查受電弓所有緊固件是否出現(xiàn)松動情況；檢查弓角組焊是否出現(xiàn)裂損、變形等問題；檢查碳滑板牢固性及是否出現(xiàn)磨損嚴(yán)重或不均勻現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]田茂林.SS4B型電力機車檢修及保養(yǎng)措施分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（9）：70-72.

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[3]中國鐵路總公司.高速鐵路接觸網(wǎng)安全工作規(guī)則[M].中國鐵道出版社，2014.

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[5]潘憶寧，王俊勇.CRH380BL動車組受電弓壓力開關(guān)存在的問題和改進(jìn)措施[J].機車電傳動，2013（1）：3.