浅析电气化铁路接触网硬点的危害及处理措施学习资料.doc
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1、浅析电气化铁路接触网硬点的危害及处理措施精品文档北 京 交 通 大 学毕 业 设 计(论文)题 目: 浅析电气化铁路接触网硬点的危害及处理措施 姓 名: 张瑞 专 业: 电气化铁道技术 工作单位: 吉林铁道职业技术学院 职 务: 学 生 准考证号: 29171510 联系电话: 15948622976 设计(论文)指导教师: 于水婧 发题日期:2016年04月20日 完成日期:2016年06月20日专 业电气化铁道技术姓 名张瑞题 目浅析电气化铁路接触网硬点的危害及处理措施指导教师评阅意见成绩评定: 指导教师: 年 月 日答辩组意见答辩组负责人: 年 月 日备注毕业设计(论文)评议意见书毕业设
2、计(论文)任务书毕业设计(论文)题目:浅析电气化铁路接触网硬点产生的危害及处理措施 一、毕业设计(论文)内容随着我国铁路第六次大面积提速调图成功实施和对高速电气化铁路的研究逐步加深,弓网关系也同轮轨关系一样,成为列车高速运行另一制约因素,日益引起人们的重视。改善接触网的质量,创造良好的弓网环境,是电力机车高速行驶的前题,接触网硬点是接触网系统的一大顽症,破坏弓网间正常的接触和取流,加速接触导线和受电弓局部磨耗,危害导线和受电弓正常使用寿命,甚至造成事故,影响运输安全。接触硬点是接触网系统的一大顽症,特别是在高速度的条件下(160公里以上)怎么理解硬点并消除硬点的危害,很值得我们去分析研究。据此
3、对接触线硬点的产生原因、分类、危害及处理提出一点看法以及建议。二、基本要求1.选题不应脱离专业范围,有一定的深度和广度2.论文中心思想明确、结构完整3.资料详实、可靠、内容丰富4.论据充分合理、论证清楚三、重点研究的问题1. 接触网硬点产生的原因分析2. 接触网硬点产生的危害3. 接触网硬点的防治措施四、主要技术指标五、其他需要说明的问题下达任务日期: 2014年04月20日要求完成日期: 2014年06月20日指 导 教 师: 于水婧摘 要随着我国铁路第六次大面积提速调整成功实施和对高速电气化铁路的研究逐步加深,弓网关系也同轮轨关系一样,成为列车高速运行另一制约因素,日益引起人们的重视。电气
4、化铁路接触网硬点是影响电力机车弓网关系、破坏机车稳定受流的主要原因之一。减少硬点危害,保证弓网间正常接触和受流是高速电气化铁路可靠运行的前提。接触网硬点是接触网系统的一大顽症,特别是在高速度的条件下(160公里以上),它破坏了弓网间正常的接触和取流,加速了接触导线和受电弓局部磨耗,危害了导线和受电弓正常使用寿命,甚至造成了事故,影响了运输的安全。本文从如何理解硬点、接触网硬点产生的原因、接触网硬点的危害、优化接触网设计、提高接触网施工质量等方面提出了减少、控制接触网硬点产生的建议以及相应的防治措施。关键词:接触网硬点;弓网关系;危害;防治收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 目 录前 言1第一
5、章 接触网硬点2第二章 接触网硬点产生的原因分析32.1 接触网硬点的大概原因因素32.2 接触硬点的具体原因因素4第三章 接触网硬点产生的危害83.1 接触硬点的机械危害83.2 接触硬点的电气危害8第四章 接触网硬点排查的方法与步骤11第五章 接触网硬点的防治措施125.1 从接触网设计和施工环节减少接触网硬点125.2 对现有的接触网硬点的进行处理16结束语19致 谢20参考文献21前 言自2013年12月28日零时起,我国铁路迎来了动作最大的一次运行图调整,沪哈高铁、厦深高铁、西宝高铁等7条铁路同时开通运营。在增开的75对客车中,尤以新增上海至哈尔滨、北京至桂林、广州至青岛的3条长距离
6、高铁线最为瞩目。列车在提速的同时,也对电气化铁路弓网关系提出了更为严格的要求。 接触网是电气化铁路的重要组成部分。随着我国电气化铁道的发展和列车运行速度的不断提高,特别是时速200km/h动车组的开行,对弓网关系提出了更高的要求。当弓网处于理想状态时,接触压力是恒定的,受电弓会沿着接触线匀速前进,为电力机车提供稳定的电能和电压。然而在现实生活中,理想状态是不存在的,受种种条件的限制,受电弓和接触线间的压力不是恒定的,随时都在变化。列车在高速滑行的过程中,受电弓和接触网之间会出现冲击、离线和硬点。其中,硬点是破坏机车稳定气流,影响电力机车弓网关系的最主要原因之一。接触网硬点是一种结构的本征欠缺,
7、是一种有害的物理现象。硬点的存在容易造成受电弓和接触线的机械损伤和电弧烧伤,加速接触导线和受电弓局部磨耗,危害导线和受电弓正常使用寿命,严重时可能诱发弓网故障,影响运输安全。改善接触网的质量,营造良好的弓网环境,是电力机车高速行驶的前提,对硬点产生的原因进行分析和防治,是保证良好的弓网关系的重要手段。据此对接触线硬点的产生原因及防治提出一些看法和建议。第一章 接触网硬点电力机车在运行中,由于接触悬挂某些部分或其他原因会引起弓网间接触压力、相对位置和速度的突然变化,致使弓网关系产生瞬态变化,这种瞬态变化达到一定量化标准,我们便称之为硬点。可以说硬点不能对受电弓、接触网造成机械伤害,如果造成伤害则
8、称之为碰弓(比之严重的称为打弓、刮弓)点。 目前,通常这种力、位置、速度或加速度的突然变化是通过在检测受电弓上安装加速度传感器来检测,硬点是一种接触网结构的本征缺欠,是接触网接触悬挂不均质状态的统称,并且是相对的。运行速度越高,表现越明显。接触网硬点是评价和衡量高速电气化铁路弓网关系一个重要参数。第二章 接触网硬点产生的原因分析2.1 接触网硬点的大概原因因素1、在现场施工过程中,架设接触线一般采用小张力放线施工方法。由于缺乏必要的张力标准理论数值指导,具有很大的不稳定性,从而加大了接触线架设的张力不均匀度,特别是在起锚和落锚时,需要重新紧线、松线,更是加剧了这一状况,极易使接触线在外力作用下
9、发生变形、扭曲、硬弯,造成硬点。2、在完成承力索及接触线架设后,由于种种原因不能及时安装吊弦及定位装置,承力索与接触线间一般要采用临时吊线固定,而对临时吊弦的制作、安装没有统一规格,在现场施工过程中随意性较大,导致临时吊弦长度参差不齐,长度较短的临时吊弦悬吊点因长时间承受较大负荷而产生硬点。3、在架设后的接触导线初伸长蠕变还没有拉伸到位时就安装吊弦和定位装置,在后期导线初伸长蠕变拉伸到位后,会在吊弦和定位线夹安装处产生硬点。4、接触网施工中出现的踩踏和用力拉、拽导线等不规范作业,造成接触导线线面不平直,形成硬弯或扭面,造成硬点。5、由于线路与桥梁连接处跨距比远高于1:1.25,跨线桥下接触网结
10、构高度降低,刚性增加,造成接触网弹性差异较大,受电弓运行轨迹产生突变,并以硬点形式体现。或在检调中由于处理不当很容易存在导线坡度和弹性变化,在导线坡度较大或导线坡度转换点,就会造成较大冲击硬点。6、影响硬点形成的因素。影响接触硬点的因素很多,除机车车速、加速度以外,如受电弓的弹性系数、受电弓归算到接触导线上的质量、接触网方面的悬挂弹性系数(接触悬挂张力、接触网跨距、接触悬挂导线及承力索单位长度重量、接触悬挂结构形式等都影响到接触悬挂弹性系数)、接触网的振动频率、周期等。2.2 接触硬点的具体原因因素1、设计原因:由于绝缘锚段关节处和分相绝缘锚段关节采用的特型定位器,定位器重量较重且集中,引起定
11、位处的弹性降低;元件式分相、分段接头处,电连接线线夹处,隔离开关、避雷器及上网的电连接重量较重且集中,从而引起受电弓的接触力突变,造成较大冲击硬点。2、材质原因:采用合金接触导线晶粒不均匀,导线内部存在应力,在张力作用下形成波浪弯,接触导线在制造或缠盘过程中形成硬点。由于生产工艺和材质成分的不同,有的接触线材质较硬,容易形成不规则硬弯。从接触线磨损程度上看,磨损程度忽大忽小,硬弯呈上下弧形,间距为100200mm。在接触线上留下宽度为24mm的磨痕,产生连续硬点和对应的连续火花。3、施工原因:接触导线在放线过程中没有采用恒张力或采用较小张力放线、没有按照施工工艺放线形成硬点;4、供电原因:接触
12、网定位线夹、吊弦线夹、电连接线夹、接头线夹、中心锚结线夹偏斜;定位坡度偏大(偏小)处所,定位器止钉间隙不标准,弹性较差(无法正常抬高);局部导线坡度变化大(跨线桥、隧道口等处所接触导线高度变化剧烈引起接触线坡度较大),定位点间、吊弦点间高差超标,吊弦受力不均匀或某一吊弦受力较大,形成硬点。5、线路原因:特别是在列车提速以后,线路的质量对受电弓与接触网的接触力影响很大。如道床的弹性系数、振动周期、道床和轨道病害等。还有工务部门在未与牵引供电设备管理部门联系情况下,擅自起道、拨道等作业,造成轨面、曲线超高和侧面限界超出容许范围,导致接触导线高度和拉出值超标,形成硬点或打引。6、接触网零部件产生的硬
13、点:在分相、分段、导线定位器、电连接线夹处、补强处等,由于重量的突然增加,受电弓的接触力突变,形成硬点。7、其他原因:工务线路路基(特别是桥头处、隧道口处、路堑和路堤连接处、钢轨接头处、道床翻浆处、三角坑处)以及抬拨道引起接触网参数变化,线路晃车检测出硬点。8、接触导线不平直产生的凸凹点1)导线死弯:施工或检修时,因各种原因(如无张力放线、使用夹线工具不当、导线张力不足引起驰度过大、人员上、下导线、重物挂在导线上等等)造成的接触线弯曲变形,特别是上下弯造成离线及离线后的冲击硬点。2)导线坡度变化:接触网在线路与桥隧、站场与区间、联接处及锚段关节处等,如果在检调中处理不好就很容易存在导线坡度及坡
14、度变化,在导线坡度较大或导线坡度转换点,就会造成较大冲击硬点。9、接触网零部件、设备产生的硬点1)集中负荷:如在分相、分段、导线接头处、电连接线夹处、补强处等,由于重量的突然增加,受电弓的接触力突变;2)安装缺陷:接触线上的零部件安装不规范,撞击受电弓。如电连接偏斜、吊弦偏斜、接头线夹偏斜、定位器坡度过大造成线夹偏斜碰弓或定位器对导线有集中压力(坡度过大时对导线是负压力)等等。10、非接触网原因产生的硬点如线路三角坑、受电弓振动、摆动等等。常见的有以下几种情况:1)机车受电弓产生的硬点在机车的运行取流过程中,运行的受电弓与接触网之间进行的相互作用、相互匹配非常复杂,影响受流质量的主要参数有静态
15、接触压力、动态接触压力、摩擦力、受电弓振动频率、接触网振动频率、机车运行速度、接触网传播速度等等。影响接触硬点的因素也很多,除机车车速、加速度以外,如受电弓的弹性系数、受电弓归算到接触导线上的质量等都能影响到接触网硬点。受电弓归算到接触导线上的质量,是计量硬点的关键数值。受电弓弓头(包括滑板)质量是受电弓归算到接触导线上质萤的主要组成部分,从弓网接触(冲击)关系我们知道,受电弓弓头质量越小受电弓对接触网的冲击力就越小。无疑受电弓的弹性越好对减小硬点就会越好。由接触网的接触悬挂结构型式、接触悬挂张力、接触网跨距、接触悬挂导线及承力索单位长度重量、接触网的振动频率、周期等这些构成的接触网弹性系数也
16、是与受电弓接触受流的质量有很大关系的。2)线路产生的硬点线路也是引起的接触力的突变原因之一,例如:线路的变坡点,特别是正坡直接变成负坡的变坡点,反映在弓网关系上就相当于一个导线变坡点,如果此处正好是接触导线的变坡点那就可能出现很强烈的硬点。除此以外,特别是当车速提高以后,线路道床质量对受电弓与接触网的接触力影响很大,如道床的弹性系数、振动周期、及各种病害等,对接触网运行影响很大。例如,现在经常出现的一个就是检测车测出某支柱处拉出值过大(例如550ram)、硬点超标,而接触网工区测量拉出值并不大(只有370mm)、接触网上也没有什么缺陷会产生硬点。经长期分析发现,这种情况一般是发生在桥头处、隧道
17、口处、路堑和路堤连接处、钢轨接头处、道床翻浆处、三角坑处等。原因是在这些地方线路路基弹性系数变化大、钢轨的接头不齐、线路病害等引起了机车左右摆动(也引起受电弓摆动)、上下震动,由此引起接触网与受电弓之间的位置突变造成的。以一处具体的钢轨接头为例,研究机车以160km速度通过它时对接触网产生的硬点:经测量知道此轨缝宽lOmm,轨头被车轮压塌1mm,由此可知,机车通过轨缝的时间为0000225s,在此时间内受电弓的弓头进行了下降、上升两个动作,如果不考虑机车弹簧的减振和受电弓的减振阻尼器,则受电弓的弓头下降的平均加速度为:A=2lmm(O000252s)2=8197530864197mms2=1
18、58024696mms2取整:158025ms2同理,上升时的平均加速度:158025ms2(方向与下降时的相反)车体下降的高度只用了“轨头被车轮压塌lmm”来进行计算,理论上讲,数值要比这个还要大些。初看上去这个数字惊人。这个冲击力对接触网、对机车、对车辆有很大的破坏性。其实因它作用时间很短。对机车、车辆、钢轨破坏有限,加之机车、车辆走行部弹簧的减振功能是很强大的,能有效保障机车、车辆的运行安全,受电弓上在弓架与弓头也有弹簧阻尼装置,对受电弓来说这两重的减振确实能减去很多由此而引起的冲击加速度,但从各种资料、计算上可知轨缝(特别是状态不良时)对接触网能产生很大的冲击加速度(数量级约为30G左
19、右),如果此处的钢轨轨缝不齐错位几个毫米则机车在此处除了上下的冲击外,还有左右的大幅摆动,机车的幅摆动同样会造成受电弓很大的左右方向的摆动,摆动量是机车走行部的4倍左右,由此产生的冲击力也是很可观的。同理可知:道岔辙岔心处的有害空间、钢轨的局部塌陷对接触网都会产生很大的冲击力,所以,在高速铁路上采用无缝钢轨、研制和采用强度和韧性更好的轨缝绝缘间隔片和可转动辙岔心的提速道岔技术是非常有必要的。隧道口处的问题比较复杂,影响接触网参数、硬点的除了有隧道内、外的线路路基弹性变化以外,此处还是个特殊的风洞区,高速运行的列车会受到很大的瞬时风压,其方向、大小与很多因素(如列车运行速度、隧道口的地形、风向、
20、风速、复线隧道的对面会车)有关,这个风压对机车的运行影响不大,但对受电弓、接触网来说就非同小可。这些瞬时风压经常造成接触网、受电弓的瞬时摆动。引起参数突变。硬点突出。第三章 接触网硬点产生的危害3.1 接触硬点的机械危害机械伤害是指对受电弓、接触导线轻微的碰伤,刮伤等(有明显痕迹的就称之为打弓点了)接触硬点是造成机车受电弓离线的重要原因之一,机车受电弓离线对机车牵引电机、电器、受电弓、接触网、牵引变压器及供电系统都有危害。由于导线上硬点的存在,冲击加速度(目前检测硬点大小的参数)数值较小时造成弓网之间接触不良,冲击加速度数值较大时就会造成离线,离线产生高温的电弧,到一定程度时会对接触网、受电弓
21、产生机械破坏。受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向撞击,加大接触导线和受电弓局部机械磨耗,长期运行,会造成接触网断线和受电弓折断,引发弓网事故。3.2 接触硬点的电气危害硬点引起的弓网离线和离线瞬间产生的高温电弧,它对接触网、受电弓有很大的危害。硬点导致受电弓和接触网接触不良,在瞬间发生接触导线和受电弓机械脱开,我们称这种现象为“离线”。离线发生时,会伴有火花或电弧产生,从局部讲高温的电弧严重时可能烧伤接触线或受电弓,使接触线或受电弓的接触面出现大量的点蚀,形成麻面,加速导线电化腐蚀。造成接触线截面积不够,恶化接触线或受电弓的电能传输,长期运行,甚至于造成断线事故;除了对接触导线的点蚀、汽
22、化以外,就是对导线的高温退火,例如现在广泛应用的铜导线,不是简单的电解铜,是电解铜经过反复的压轧、拉伸,最后挤压而成的,轧制、拉伸、挤压过程是金属的内部应力发生了变化,使软铜线变成了硬铜线,提高了机械强度(主要是抗拉强度和硬度)。拉弧产生的局部高温(最核心处有几万度),一方面使接触导线、受电弓点蚀和汽化,而恶化弓网取流关系,同时点蚀、汽化也减少触导线、受电弓的强度和使用寿命;另一方面拉弧产生的高温能使接触导线内部应力变化,造成接触导线局部退火!使其机械强度大幅下降,而容易被导线张力拉断。经常遇到非金属性接地(如非金属杂物侵入、机车车顶绝缘子闪络或者绝缘老化时升弓等),而引起接触导线(有时是承力
23、索)断线的事故、故障,究其原因实际是此时接地有较长时间的持续电弧(此时的电流不至于断路器跳闸)而烧断接触导线。列车高速行驶时电弧在每处的停留时间很短,热量迅速的被风带走,接触导线升温并不太大;低速-特别是静止时,电弧因为位置相对固定,强大的高温很容易烧伤接触导线而断线(实际上是高温导线升温-退火导线软化拉断)。为什么金属性接地不容易断线呢?供电段的同志都有这样的经验:“带电误挂地线(金属性接地)会引起断路器跳闸,一般是不会引起接触网断线的”,这是因为金属性接地时的大电流会引起断路器迅速跳闸,短时的高温不容易烧断接触导线(这就是铜比铝材质的好处之相对耐高温),容易烧断吊弦拉弧是很难消除的,短时的
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