受电弓系统工作原理浅析

贾晓阳

摘 要：受电弓是铁路车辆从架空接触网取得电能的电气设备，是车辆的动力源泉，也是车辆的关键技术之一。

关键词：受电弓；气路原理； 受流；故障

一、受电弓简介

按受电弓结构分，受电弓可分为双臂受电弓和单臂受电弓。双臂受电弓结构对称，侧向稳定性好，但结构复杂，维护成本高。单臂受电弓结构简单，尺寸小，重量轻，且具有良好的跟随特性因此受流特性非常好，从而被动车组和地铁项目广泛应用，因此本文以单臂气囊受电弓为例，介绍受电弓系统。

受电弓系统生产厂家众多，在设计方式上会有些许差异，但是其主体结构上是类似的，以TSG19型受电弓为例，其主要由带支撑绝缘子的底架、气囊升弓驱动装置、框架、弓头、受电弓控制单元等装置组成，受电弓总览图如图1所示。

二、受电弓气路原理

受电弓的升降弓控制，可简单的看成是受电弓升弓电磁阀的得电失电控制。

当受电弓的升弓电磁阀得电时，车内的压缩空气通过升弓电磁阀，再经过滤器、减压阀等，一路向气囊充气，同时另一路向受电弓碳滑板的气腔充气，当气囊内气压达到一定压力时，气囊膨胀变形带动钢丝绳，钢丝绳再带动下臂杆运动，下臂杆在拉杆的协助下托起上臂杆及弓头，弓头在平衡杆的作用下，在工作高度范围内始终保持水平状态，整个升弓过程在规定的时间完成。在升弓过程中，受电弓遵循先快后慢的规则，即受电弓弓头离开底架时快，在接近接触网时慢，防止升弓过程对接触网产生冲击，造成弓网之间的拉弧现象；当电磁阀失电时，压缩空气由电磁阀口排向大气，气囊中的压缩空气压力迅速减小，受电弓靠自身重力落下，降弓过程也是遵循先快后慢的规则，即降弓过程受电弓弓头离开接触网时快，防止弓网之间的拉弧现象，在接近底架时慢，防止拉弧和对底架的机械冲击。

除了通过控制升弓电磁阀失电的正常降弓外，受电弓还设有ADD自动降弓系统。ADD自动降弓系统作用是，当受电弓碳滑板磨耗到限、碳滑板发生意外破裂或者危急情况引起的受电弓气路泄漏时，受电弓能够迅速有效的降下，避免受电弓与接触网遭到进一步破坏。ADD自动降弓系统主要包括快排阀、带气道的碳滑板、压力开关及相应的管路组成。 快排阀安装在受电弓底架上，进气口与通向气囊的气路连通，出气口与通向碳滑板和压力开关的气路连通，排气口与大气连通。受電弓正常升弓时，快排阀进气口的压力等于出气口的压力，进气口、出气口的压力差为零，压力开关的常开触点闭合。当受电弓碳滑板破裂时，碳滑板气路泄露，快排阀出气口的压力下降，进气口的压力不变，进、出口形成压力差。当出气口压力下降到压力开关的断开设定值，压力开关常开触点由闭合状态跳转为断开状态，同时快排阀排气口打开，碳滑板和气囊的压缩空气通过快排阀排气口直接排向大气，受电弓迅速自动的降下。

三、受电弓受流分析

受电弓的主要功能就是用来受流，其受流质量的好坏是一个综合性的复杂问题，与接触网和受电弓的技术参数，两者之间的配合均有关系。如接触网的高度、拉出值、导线坡度、定位器坡度等技术参数，接触网的弹性均匀程度，接触网上是否有硬点，受电弓与接触网之间的压力，碳滑板材质与接触网材质之间的配合，空气动力对受电弓的影响等等，都会影响弓网之间的动态性能。车组速度越高，弓网之间的接触压力变化幅度就会越大，当两者之间的接触力过小时，接触电阻就会增大，不能保证受流质量，当接触力小于零时，就出现离线现象，弓网之间的接触完全断开，从而造成放电现象，灼伤碳滑板和接触网，影响两者的工作寿命，同时如离线次数过多，会严重影响车组供电的稳定性。一般的受电弓由于受结构限制，在运行时与接触网的接触力只受空气动力的影响，但如法维莱的CX018受电弓，它的受电弓控制阀板比一般的受电弓控制阀板增加了控制模块，通过该控制模块，可以直接读取受电弓的一些参数和故障信息，且在运行时，该控制模块甚至还能主动去控制调节受电弓与接触网之间的接触力，从而可以得到一个更好的受流性能。

受电弓从接触网上取得电流后，其电流具体流向如下，接触网的电流首先由碳滑板流入受电弓弓头，然后依次经过上臂杆、下臂杆后流入底架，由底架上的导线导入车组高压系统。

电流流经受电弓时会产生电腐蚀，为保护一些关键部件，受电弓上安装有电流连接组装，分为弓头电流连接组装、肘接电流连接组装和底架电流连接组装三种。弓头电流连接组装将由接触线流入受电弓的电流直接由弓头导流至上框架，从而避免引起弓头组件大的温升。肘接电流连接组装保护联接上框架与下臂杆间的轴承，底架电流连接组装保护联接下臂杆与底架间的轴承。

四、受电弓故障分析

受电弓常见的故障有碳滑板故障、ADD风管故障、轴承锈蚀故障等。

碳滑板故障主要有两点，一是异常磨耗，一是不均匀磨耗，这两类故障均多见于线路运营初期。新建线路的接触线表面有不少的硬点，当列车通过硬点时，碳滑板从机械和电气方面均会产生一定的磨耗，当此类硬点比较多时，碳滑板磨耗就会异常加快；正线接触网为了使碳滑板均匀磨耗，都是“之”字形，布局异常时导致碳滑板异常偏磨，或者受电弓结构问题导致车组运行时受电弓偏移量大从而导致碳滑板异常偏磨，如碳滑板长期存在偏磨等故障，会导致受电弓拉弧现象，严重时可能会导致刮弓事件发生，严重威胁列车和接触网的运行安全。

ADD风管故障通常是由于受电弓恶劣的工作环境造成，因动车组运营里程长，且长期运营在室外，所以此类故障多常见于动车组。当外界环境温差大时，如气温较低时，因ADD风管材质问题，可能会导致风管漏风，引起ADD保护自动降弓。另外是异物（如飞鸟或者接触网上的吊索等物）撞击故障，列车全速运行时速度非常快，如果此时有异物撞击到风管很可能会将风管撞破导致ADD风管漏风从而引发ADD保护自动降弓。

五、结论

受电弓故障涉及到的因素比较广，需要各个部门的通力合作，需要深入的研究弓网之间的关系，需要不断的开发创新，才能降低受电弓的故障率，才能确保车组的运营安全。

参考文献：

[1] CRH3原理图

[2]厦门地铁1号线原理图

[3]TSG19型受电弓使用维护说明书

[4]法维莱受电弓用户手册