电力机车受电弓常见故障及维修策略研究

周正龙

摘 要：受电弓是实现电力机车从接触网取得电能的重要设备，安装在机车车顶上。负荷电流通过受电弓滑板接触面的流畅程度与接触压力、过渡电阻、接触面积有关，本文重点对电力机车受电弓的工作状态进行研究，并针对其中的常见故障进行分析，并结合实际情况介绍了相应的维修策略。

关键词：电力机车 受电弓 故障 维修

随着我国科技水准的迅猛发展，电力机车的快速普及化和发展，机车安全运行也是重中之重，电力机车中的受电弓是电力机车的主要电气设备，主要承担着连接和传输电力的功能。在收电弓上升过程中，通过向电力机车内部的高压电力装置输送电力，为电力系统提供多种能源。受电弓一旦出现故障，将直接影响到列车的安全，甚至危及到乘客的生命财产安全。因此，对电弓容易出现的故障进行统计，分析其控制原理，找出造成其主要故障的原因，迅速、高效地进行故障排除，找出问题的根源，并采取相应的整改措施，确保列车的正常运行[1]。

1 受电弓结构组成及基本原理

既定受电弓的特性是新建接触网方案设计和所需要的参数选取的主要依据。受电弓要去具有一定的基本特性，同时能够适用于所规定的适用范围。受电弓的设计和特性对于弓网系统的运行质量具有非常重要的影响，如果高速的将接触网与不适合高速的受电弓匹配，则不会出现预期的结果，相反，也不可能利用高速受电弓与普通接触网进行匹配用来进一步提高接触网的最高速度。完善的设计应该保证可以在不同的接触网上使用受电弓，同时使列车能够拥有良好好的运行性能。运行中的受电弓部分或全部带电，其基本作用是建立电气列车和接触网的电接触。实现电气列车所需要的电能的集流和传输。

受电弓的工作特点：当单列动车组运行时，动车组上的两个受电弓，其中一个受电弓用于采集单相交流电。为了实现此目的，两个受电弓即动车组的两个牵引单元通过车顶的电缆进行连接，在单列车运行过程中，两个受电弓的任何一个都具有相同的性能。当列车处于双牵引运行时，两个受电弓每单元一个升起。受电弓在车顶的安装位置以及两个受电弓之间的距离应该以此单元来决定。确保双牵引过程中有一个好的集电弓。在动车组重联时两个受电弓被升起，即每个列车上各一个受电弓升起。单相交流电由动车组优先使用的受电弓进行收集。而受电弓的优先配置取决于列车的配置，即列车是单列运行还是重联运行。在发生故障的情况下，就会要求列车以另一种配置进行工作，而这种情况发生时列车的最高运行速度则会受到限制。同样的，在故障情况下列车的最高运行速度決定了相关接触网轨道中的运行图情况。特别的，为了避免受电弓在运行过程中，列车的头部受到空气涡流的负面影响，受电弓通常被布置在距离两端车头足够远的地方。

受电弓的种类繁多，与其传动系统的方式、运行的速度、使用的场合、受电弓的框架、臂杆的结构等有关[3]。受电弓的结构与列车的运行速度、接触网的状况，同时，因为每个国家的制造经验和技术上的差别所以受电弓也是各不相同的。本文以为单臂形受电弓为例，如图1所示，其中各部分名称如下：1-框架；2-底架；3-弓头；4-滑板；5-弓角；6-弓头长度；7-弓头宽度；8-弓头高度；9-固定支承轴；10-滑板长度；11-下部工作位置高度；12-上部工作位置高度；13-受电弓的工作范围；14-落弓高度。

2 电力机车受电弓常见故障研究

2.1 受电弓无法升弓和降弓

和谐型电力机车正在使用的DSA-200、TSG-15等型号受电弓都属于气囊弓，安装有ADD自动降弓装置，这个装置可以在紧急情况下自动降弓，避免二次升弓等功能，能够有效防止故障扩大化。但每年到了冬季之后，特别是在北方地区，当最低气温达到零下20摄氏度以下时，和谐性电力机车的自动降弓和自动升弓就会失灵，因为气温的原因，导致这种故障频发，也导致了大量的临修、机破故障。该故障具有区域性、周期性，严重影响机车运用秩序。

无法升弓和降弓的原因：受电弓的旋钮和故障开关有很大可能损坏导致接触不良或者出现其他的问题；BHF出现故障或有的接线发生松弛；升弓电空阀和出现故障或有的接线因为使用时间较长发生松弛的现象；也有可能是门没有按要求关好或门联锁顶杆没有到达要求的位置；或者风路的塞门没有打开或者是产生的风压太低；升弓弹簧失去弹性或损坏。

解决措施：（1）自动将弓降下，把车立即停下后检查受电弓损坏到了什么程度，并及时记录下受电弓在哪个位置发生的刮弓；（2）控制电器柜上的每个电器开关都要处于规定的位置；（3）先更换新的受电弓，然后对受电弓进行升弓试验。（4）升弓气路风压的规定标准值为600kPa，用升弓气路风压与这个数值作对比，如果比这个数值低，就要用辅助压缩机往里面加压，使得风压值高于标准值。

自动降弓装置（ADD）工作原理是：当受电弓滑板上的管道发生漏气的情况时，需要把管道内的压缩空气排出，这个时候压力就会下降，从而使得升弓装置内的压缩空气从快速排气阀内快速地排出，迫使受电弓马上降下。如果是快速排气阀与滑板间的导管出现故障的时候，这个时候需要将自动降弓装置停止工作，这时就能够通过关闭阀门来实现。当滑板出现故障后，但受电弓依然可以正常工作时，漏气的量较少时可通过快速排气阀制止。把升弓电空阀内的的压缩空气全部向气囊充气，冲完气后进入到快速排气阀的下室，再从快速排气阀的下室进入到快速排气阀的上室，与此同时，通过关闭阀来向滑板管道充气[2]。

2.2 受电弓升起后放电

（1）加强弓架与受电弓滑板之间的三角板，目的是防止受冲击后出现刮网安全隐患；（2）电弓架的平衡杆和推杆间的丝扣及焊接处应加强其机械强度，以免发生弓网故障；（3）选择受电弓滑板时，必须对电气化区段的接触线线种达到最佳电耦合，可适当延长使用时限；（4）入库前，应保证受电弓绝缘子干净，以免引起绝缘子爆炸，导致事故发生；（5）定期检修时，应加强对受电弓的升降特性维护，出现问题及时调整。对受电弓部件安装位置进行调整，增加橡胶止挡高度，使橡胶止挡水平位置高于弓头撑板5mm。降弓后，橡胶止挡用于支撑受电弓上臂杆，弓头撑板对碳滑板起支撑作用；（6）加强检查固定滑板条夹板处的腐蚀状况，特别要对滑板碳条处断裂、缺口、平整度等检查；

故障原因：因为车顶上有些部件是导体，大概率是这些导体接触了带电的物体引起放电；也可能是雨水，雾水与导体产生放电；车顶安装有支持瓷瓶，可能是这个瓷瓶炸裂引起的。

维修策略：（1）如果是因为导电的原因，应该立即将受电弓降下，然后在确保断电的情况下重新挂好接地线，然后再上车确认，处理完成后便可按照原来的样子正常使用；（2）如果是因为瓷瓶炸裂，先看瓷瓶损坏是否严重，比较严重时可以拆除导电杆的软连线，拆除以后，靠受电弓的另一端来维持机车的运行[3]。

2.3 受电弓受流时拉弧

在电气化铁路中，接触网是电气化铁道的主要供电设备，电力机车是通过接触网来获得电能的，对接触网悬挂的类型和接触线材料的选择进行了广泛而深入地研究，并引进了几种模式的高速受电弓，以提高弓网受流质量。伴随着中国高速铁路的速度的提高，在长区段弓网运行中多次出现拉弧现象，而拉弧的整治不是毕其功于一役的，有时会感到成本太大，效果不明显，还会造成施工进度的延期。

故障原因：控制车顶的管道出现损坏，有漏气的现象；有的接头接触不良导致少量的漏气现象。

维修策略：（1）当故障的原因是调压阀压力值不够的时候，按照规定的数值来调整压力值，如果是因为调压阀损坏，如果有充足的时间的话，可以把堵先拆除掉，直接用总空气来维持运行，如果时间不充足的话，可以先用辅助压缩机进行打风来维持运行，等到时间充足后再进行后续的处理。（2）如果是因为接触网时，可以先进行降低受电弓处理，过一段时间后再次升弓看是否排除故障，并将故障及时报告给前方到站，以便工作人员及时处理。（3）如果是其余几个故障原因时，将另一边的受电弓升起来维持运行。

2.4 压力开关故障

压力开关是与电器开关相结合的装置，当到达预先设定的流体压力时，开关接点动作。主要应用于电厂、石化、冶金行业等工业设备上输出报警或控制信号，在工业领域中有着重要的用途，能预防生产工程中重要装置的损坏，避免了重大生产事故地发生。

故障原因：受电弓升弓的过程大概为6～10秒，在这个时间范围内，压力开关的设定初始值会有所改变时，在准备受电弓期间的压力时间内，压力开关气路的气压值将保持不变。压力开关没有将故障信号发出，之后机车控制系统发出有关受电弓的信号。

维修：电力机车的控制系统会设定一个自动封锁的数值，可能是这个值太小，受电弓拉伸，收缩弓的时候，开关的设定值正好与气压的最低值几乎相同，这就会使受电弓变得极其不稳定，有两种方法可以解决压力开关故障：（1）将机车控制系统自动封锁的时间变大，（2）将压力开关的设定的最低值尽量减小[4]。

2.5 滑板条损耗

电力牵引机车从接触网上获取电能的电气设备，安装在电力机车或动车车顶上。负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用。受电弓在与电网线路的接触过程中，由于碳滑板与线路的摩擦，会对碳滑板造成一定的损耗，因此需要过一段时间后对碳滑板厚度进行检测和替换，以防止碳滑板磨损影响列车的取电。

故障原因：受电弓滑板的磨损严重，滑板与接触线接触造成磨损。（1）机械磨损：新接触线的底部是带有弧度的，并且接触线表面不是很光滑，会有许多的硬毛刺，这会造成新滑板线路快速磨耗。多接触一段时间，经过一段时间的磨损，滑板线上的毛刺会慢慢减少，他们之间配合越来越好，磨损就会减少。（2）电气磨耗：新开线上会有许多的毛刺，并且在开通之前长期暴露在空气之中，表面自然受到了非常大的污染，在开始阶段与受电弓滑板的接触不良，会产生很大的电火花。

维修策略：为保证受电弓碳滑板与接触网的高度相同以便相互配合，应当注意以下几个方面：（1）将正线接触网均匀的分布；（2）受电弓每次的升弓高度会出现不同不管是哪个高度，都要注意它的保持力；（3）受电弓的设计主要是弓头结构的设计，不管碳滑板的磨损程度是否均匀，都要确保它与接触网能配合良好[5]。

3 总结

在日常中，我们必须经常保养受电弓，这样可以及时的发现受电弓存在的问题或安全隐患，有效采取措施施予以解决，以到降低故障发生率、提高受电弓运行稳定性、保障受電弓使用寿命的效果。主要分为两部分：

（1）清洗工作。对受电弓支持绝缘子、活动框架铰链部分等位置采用布、WD-40清洁剂等试剂，通过擦拭，清洗等方式进行日常保养。

（2）定期检查工作。对受电弓的每个方面定期进行检查，确保受电弓整体安全性。如检查弓角与滑板条间的间隙是否超限；检查受电弓静态压力是否符合相关标准要求；检查受电弓所有紧固件是否出现松动情况；检查弓角组焊是否出现裂损、变形等问题；检查碳滑板牢固性及是否出现磨损严重或不均匀现象。

参考文献：

[1]田茂林.SS4B型电力机车检修及保养措施分析[J].中国高新技术企业，2016（9）：70-72.

[2]邵立馨，曲双，隋寰宇.高速动车组受电弓控制原理及试验方法分析[C].第十二届中国智能交通年会大会论文集.中国智能交通协会，2017.

[3]中国铁路总公司.高速铁路接触网安全工作规则[M].中国铁道出版社，2014.

[4]陈刚，林杰.动车组受电弓故障分析及改进[J].中国铁路，2013（05）：94-96.

[5]潘忆宁，王俊勇.CRH380BL动车组受电弓压力开关存在的问题和改进措施[J].机车电传动，2013（1）：3.