铁路牵引供电燃弧检测技术探讨

铁路牵引供电燃弧检测技术探讨

刘继东

中国铁路沈阳局集团有限公司调度所

摘要：在我国当前的交通运输系统中高速铁路已经成为一种最便捷的交通出行工具,相较于其他交通工具高速铁路具有舒适性、节能环保、安全可靠等众多优势，目前世界各国正在全面加快高速铁路的建设。而且高速铁路的发展在一定程度上也能够直观的反映出一个国家的综合科技水平。但是由于高速铁路的电弓和接触网之间会存在相互影响和相互制约的关系，因此动车组处于高速运行状态时经常会发现弓网离线等一些状况，在这种情况下非常容易导致产生弓网燃弧，有时也会引发剧烈的放电现象，并伴随强磁电磁干扰、电离辐射、高温等一些危害，对高速列车的提速会产生巨大影响，而且也很可能会对周边通讯造成干扰。因此针对铁路牵引供电燃弧检测技术进行探讨具有重大实践意义。

关键词：铁路；牵引供电；燃弧检测

引言

随着当今交通运输技术的快速发展，高速铁路技术也逐渐成为当今交通运输领域一个重要的组成部分，高铁体现出了安全性和舒适性等众多优势，因此也在世界各国得到快速发展，目前我国的高速铁路运营总里程占世界高铁总里程的2/3左右，这也标志着中国高铁技术已经处在了世界领先地位。动车组运行过程中的电能主要来自于电弓，但是电弓与接触网之间由于存在相互影响，因此动车组的受流性能会受到弓网关系的影响，导致动车在高速运行过程中经常会出现弓网离线而导致燃弧放电现象。

1 燃弧产生机理

电弧放电本身属于一种比较常见的放电现象，在进行检测的过程中电弧会产生辐射的多个过程，电在电弧的表面属于大气的放电现象，当断开电路电流超过1A的情况下就会产生剧烈放电，一般情况下将放电电弧的中间位置称为是弧柱，产生燃弧之后其弧柱位置的温度能够超过6000K，通常情况下可以按照多物质的等离子状态来理解电弧，电弧的发光区域具有随机性的形状变化^[1]。当存在电磁场的情况下电弧的形态以及电位都会发生相应改变，因此针对电弧的变化规律进行深入研究能够为有效规避电弧出现提供充足依据。

动车组主要是依靠电弓来实现从接触网获取电能，因此动车运行的安全性会受到弓网关系的直接影响，如果接触网接触线存在不平顺等一些问题就会导致震动现象，而且在动车不断提速的过程中列车与周边环境产生的气流扰动因素也会更加剧烈，在此情况下容易出现受电弓碳滑板，从而影响其使用寿命^[2]。根据动车组运行安全的相关标准规定每100m的范围内实际产生超过10ms的电弧不应该超过一次，而且列车以250km/h的高速运行状态下是其燃弧率应该严格控制在0.2%的范围以内。在进行燃弧检测的过程中需要保障然后探测器对同类材料辐射的紫外线光波具有较强的敏感性，检测过程仅仅是针对持续时间超过规定标准的现象进行统计，与此同时需要结合线路的整体车况对持续时间进行规定。当列车处在静止状态下时，电弓不会对列车正常供电造成危害，而一旦存在实务操作等现象的情况下列车的主断路器会闭合，此时瞬间通过接触线接触点位置的电流非常大，在接触点会产生热量集中现象，因此会导致比较严重的电烧蚀，列车运行安全也会受到影响^[3]。

2 弓网燃弧检测

由于高速铁路接触网与传统轮轨关系存在较大差别，而且与电气设备的检测相比较，弓网关系的动态参数检测系统存在较大差别，弓网动态关系参数检测在列车处于运行状态下是会受到电弓滑动摩擦的影响，而且列车在运行过程中由于存在频率较高的震动干扰，导致弓网受流始终处在动态变化过程中，属于一种多种机械结构的适配，其电气状态变化具有以下一些特征：首先电弓硬点由于存在高差因此会导致震动现象出现；其次，列车在运行过程中会受到横向作用力的影响，因此也会产生横向摆动，在这种情况下电弓也会相应出现横向震动；再次，由于会受到其他因素的干扰影响导致电弓和接触网也会相应产生震动等问题；而且这种震动会在接触网上沿线传播，因此接触网后方也会相应受到干扰；由此可以看出，弓网受流本身属于一个比较复杂的机械过程，针对弓网受流性能进行检测的过程中必须要能够适应复杂环境特征^[4]。目前针对燃弧现象进行检测的过程中比较成熟的一种思路是：由于燃弧过程会产生紫外线辐射，因此可以针对电网中产生的电压波动通过传感器来采集数据，随后将采集数据利用调理设备进行转化后形成虚拟信号，最终将其传输到电脑中进行数据处理。

根据我国铁路牵引供电系统然后检测的相关标准规定，铜合金的可见光波长范围规定在220~225nm的范围内。目前主要有光电导型、光电子发射型以及光伏型等三种不同的子类探测器类型^[5]。光电子型光电倍增管的应用相对比较广泛，由于其主体材料整体价格相对较低，因此在进行检测的过程中带隙也相对较小，但是温度变化的情况下会产生较大的暗电流变化，因此在应用过程中必须要针对可见光相应的增设滤光片。随着当前半导体技术的快速发展和成熟，设备制造技术也取得了巨大进步。目前第3代4H碳化半导体材料已经取得了巨大的实质进展，原有检测领域中的传感器逐渐被碳化硅材质的传感器所替代，而且碳化硅材料制成的紫外传感器能够承受更高温度，机械强度更大。

在各类复杂的检测环境中半导体紫外传感器都能够满足实际检测要求，而且温度条件会对传感器的灵敏度产生影响，因此通常情况下应该选择常温情况下的敏感传感器，其敏感度应该覆盖波长220~225nm，由于动车组的车顶位置相对比较有限，因此在综合线路及安装位置等各类因素后，要充分保障传感器的传感检测位置能够处在±30度大的范围内。

3 结束语

在我国高速铁路快速发展的过程中行车安全的要求也越来越严格，接触网检测已经成为保障列车安全运行的一种重要手段，文章中主要对燃弧产生机理进行了分析，同时也结合然后对燃弧检测技术运用过程中的一些要素进行了探讨。

参考文献

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[2]张冰.基于可控紫外光的弓网燃弧检测装置定标系统研究[J].铁道机车车辆,2021,41(05):76-82.

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[5]于晓英. 基于日盲区的城市轨道交通弓网电弧检测系统的研制与应用[D].兰州交通大学,2021.DOI:10.27205/d.cnki.gltec.2021.000009.