高速铁路弓网电弧的动态特性及其影响机制研究

弓网（受电弓-接触网）电弧是影响电气化铁路弓网系统滑动受流的关键问题。在高速铁路中，由于弓网快速滑动、强气流场等因素的作用，导致弓网电弧剧烈变化，严重影响动车组受流质量，成为制约其速度提升的瓶颈。本项目围绕弓网电弧动态特性及其影响机制，研究弓网电极的极性效应、场致发射、电磁场分布特征，揭示弓网快速滑动下的电弧弧根滞后与跳跃机理，弧柱压缩与拉伸效应；解析高速气流场下弓网电弧的能量逸散、弧柱弯曲和零熄过程，构建弓网电弧时空分布模型；阐明弧根位移、弧柱变化与电弧非线性电阻、负载电气参量的关系。通过上述研究，探明弓网电弧动态特性、产生机理及其对受流质量的影响规律，为确保动车组高质量受流奠定理论基础。

高速动车组通过受电弓与接触网的滑动电接触来获取能量，弓网电弧是影响电气化铁路弓网系统滑动受流的关键问题。随着高速铁路运营速度的提升，弓网耦合振动加剧，弓网离线频繁，电弧频发，弓网电弧对弓网系统的损伤加剧，严重威胁动车组的受流质量，成为制约高速铁路速度提升的瓶颈。本项目围绕弓网电弧动态特性及其影响机制开展研究工作，揭示弓网高速滑动对弓网电弧动态特性的影响机理与规律，阐释气流场等因素对弓网电弧动态特性的影响机制，构建弓网电弧时空分布模型，探明弓网电弧动态特性对受流质量的影响规律。.基于传统“盘-销”式弓网电弧试验装置，研发了一套新型“平-直”柔性线接触的弓网电弧试验系统，克服了传统试验装置中弓网硬性点接触的缺陷，试验结果与现场弓网电弧特性更接近。.揭示了弓网电弧的燃弧机理，解析了弓网接触燃弧和分断燃弧过程的微观和宏观发展过程，分析了弓网振动对弧根跃变、弧柱拉伸的影响机制，剖析了高速列车风对电弧弧柱弯曲、能量逸散的影响机制，采用二值化图像处理方法提取了弓网电弧图像的周长和面积，并将其作为定量表征弓网电弧剧烈程度的参数。.研究了弓网电弧的电压、电流参数，伏安特性曲线，解析了不对称弓网电极引发的燃弧电压极性效应。在传统电弧模型的基础上，基于电弧伏安特性曲线，考虑高速列车风和弓网振动等因素，构建了弓网电弧数值分析模型，基于该模型的仿真结果与实测结果更加接近。.基于磁流体动力学理论，构建了弓网电弧有限元仿真分析模型，研究了弓网电弧温度分布，解析了弓网电弧的形态、电流密度和电场的分布特性，探明了电弧弧柱、弧根、接触网导线和受电弓滑板内部的温度梯度分布，阐释了受电弓滑板材料热导率及接触线廓形对滑板及接触线内部温度和电弧电流密度分布的影响，并将仿真结果与试验结果进行了比较，验证了仿真模型的可靠性。.研究了弓网离线电弧对供电系统谐波含量，过电压冲击，中间直流环节电压跌落或过冲的影响机制，解析了弓网电弧对动车组受流质量的影响规律，从电气的角度对动车组弓网离线率给出了相应的评判依据，可用于未来对动车组受流质量进行综合评估.