只要還有一絲好奇心，那麼每次坐火車時，這個問題你註定無法越過：

為了供電，高鐵必須與上方的高壓線持續接觸，可時速300公里，這會帶來劇烈的摩擦，鐵路部門到底是用什麼妙方法解決的？

對於此問題，懂的業內人士自然呵呵一聲。然而納悶的永遠是大多數。今天，咱們就來好好說說。

好似一張弓

高鐵上方的那根高壓線，學名叫做架空接觸網，為便於理解，下文統稱為高壓線。

而連線高鐵與高壓線的那個裝置名叫“受電弓”，因其像一把張開的弓，故而得名。

高鐵每天行駛上千公里，受電弓與上方的高壓線高速摩擦，長此以往，高壓線和受電弓豈不是會被磨斷？該如何解決的？

其實，您只要仔細想想，就不用太擔心高壓線的磨損問題。比如說，中國最長的高鐵線路京廣高鐵，全長2298公里。

顯然，對於這兩千多公里長的高壓線來說，它不是時刻被磨損的，比如上圖的“A點”，只有高鐵透過一次，它才會被摩擦一次。假設京廣線每天通行100輛高鐵，那麼高壓線上的A點只會被摩擦100次，若一列高鐵有兩個受電弓，則是摩擦200次，這種頻率的摩擦當然會有損耗，但只要高壓線選用耐磨材料，是可以使用很多很多年的。

想象一下，一塊1釐米厚的耐磨鋼板，你每天回家後摩擦它100次，那麼要多少年後才能將其磨穿？很多年。

摩擦會生熱，這當然也是個問題，但對於高壓線來說也不用太擔心，跟上面的原因一樣，摩擦的過程極其短暫，幾乎是瞬間，而摩擦後卻是長時間的冷卻。

綜上所述，高壓線與受電弓的磨損問題，我們最該擔心的不是高壓線，而是受電弓！

不難理解，只要高鐵在跑，那麼受電弓就會持續受到磨損，這種磨損實在是可怕，而解決方法如下：

從高壓線入手

很多人都以為，高壓線跟鐵軌是一直平行的，也就是儘量走直路。然而並不是，它是彎的，鐵軌上空的高壓線為“之”字形架設。

高壓線這種“之”字形架設，目的是為了避免受電弓上特定的某處持續與高壓線摩擦。

輪流摩擦可讓受電弓有“空閒時間”散熱，磨損也變得均勻，整體壽命也更長。

說起鐵軌上方的高壓線，不少人還有另一個疑問，在此一併說說。

鐵軌上方的線有兩根，頂部那根起到懸掛的作用，而下方的那根線才是與受電弓接觸的線。

圖片來自Mcg410。

懸掛的地方必然會有一個“結”，人們的納悶是，受電弓豈不是要與那個“結”頻繁碰撞？

導致這個疑問的原因是：我們很少有機會近距離看到細節。

而細節是這樣的。

下方與受電弓接觸的地方並沒有一個結。

從受電弓入手

小時候，男生們做過不少惡作劇，比如在水泥地面的教室裡，用鉛筆芯塗上黑黑的一片，然後期望走過這片區域的女同學或女老師滑倒……

這告訴我們，石墨是種非常好的潤滑劑，最重要的是，它還導電！

箭頭所指的地方為受電弓的“滑板”。

而滑板通常由石墨製成，當然，它也可以由其他有類似作用的材料製成。

石墨磨損較快，但這有什麼關係？頻繁更換鐵軌上方的高壓線會讓鐵路部門破產，但如果只是定期更換碳滑板，則方便易行，成本低廉。也並不是說，行駛一趟就得更換一次，實際上，碳滑板的更換週期一般在兩週左右，質量好的，可上月更換一次。

受電弓說起來簡單，但其設計要求卻是非常高的。因為……

火車跑著跑著，受電弓就跑丟了，這樣的事也不是沒發生過。

坐在時速100公里的小車裡，此時你若將頭伸出窗外，鼻子都會被吹歪。而高鐵時速300公里，受電弓的風阻非常大，因此設計時很是有講究，既要讓其堅實可靠，還要讓其儘量輕。

你若將受電弓設計成5噸重，大風是吹不走它了，但升弓和降弓將變成噩夢。

會因為接觸不良而產生電弧嗎

這是肯定的，就像放煙花一樣，可壯觀了。

國外的一個影片展示了國外某輛火車施放“煙花”的過程。

華人乘坐高鐵時，很少看到路過的高鐵會放出電弧。這並不是說咱們的受電弓就不會與高壓線產生電弧，而是由於技術的進步，產生電弧的機率比以前少得多而已。

要儘量避免電弧的產生，因為其危害不小。相對於普通火車，高鐵受電弓的設計要求無疑要高得多，執行時，要努力讓受電弓與高壓線之間的壓力恆定。

如果壓力值偏小，就會造成離線，而離線瞬間會產生電弧，電弧會讓滑板和高壓線的表面變得不光滑，從而加劇磨損。

但如果壓力值偏大，相應地，磨損也會隨之增大，同樣也會縮短高壓線和滑板的壽命。另外，它還會帶來更大的噪音，因為：

出品：科普中國

監製：中國科學院計算機網路資訊中心

這涉及到高鐵的：接觸網，受電弓，以及高鐵牽引電網的供電方式。

這個圖非常適合說明這相互間的關係。

彎曲的叫電線是承力網，也就是吊著低下的看著水平的接觸網的電線。

火車，地鐵和電網的關係是透過受電弓接觸的。

先來回答問題：不會摩擦生熱熔斷高壓線，但是會有離線引起電火花的情況，也就是起弧的情況。

對於出現可見火花的放電現象，一般會要求在多少米一次，這種有一個經驗性的標準。例如

因為受電弓底部都有感測器，可以實時測試出接觸力的標準偏差與平均接觸壓力的比值，一般情況下應小於0.3。一旦有問題受電弓就會立刻進行調整。

下面我們來細節的聊一下，高鐵的牽引供電方式：

從電氣化高鐵發展的歷史能夠看到，供電方式其實是有直流，和交流兩大類。交流中各個國家又分為不同的供電電壓。

例如直流供電：DC600V，DC750V，DC1500V,DC3000V，直流供電在高鐵中採用較少，一般情況在輕軌，或者是地鐵等160km/h以下的軌道交通上面使用。

因為電流較大，一般化都會採用比交流供電更粗的銅絞線。

單相低頻供電：AV15KV，16.7HZ，單相工頻供電：AC25KV，50HZ。

用一個不是很嚴謹的角度來說，I=P/V。直流電壓接觸網，要輸出大功率就需要大電流。

我們都知道大電流是產生能量損耗，例如產生熱的核心。（交流電不能直接採用I=P/V）

這幾種不同的供電方式，各有各的好處。

目前多數都採用單向工頻供電，可以直接從國家電網中取電，以較高電壓向電力機車供電，從而實現大功率供電；不用整流，不用變頻，只需要變壓就可以。投資小，運營費用低。

最開始不少電氣鐵路考慮採用的是這種，直接供電方式。牽引電流透過電力機車後直接從鋼軌或大地返回牽引變電所。

這種情況容易產生電火花，並且在高速電路上面使用對接觸網傷害大。後來就有了BT，AT供電的模式。

BT(吸流變壓器)供電方式這種方式，在接觸網和迴流線中串接吸流變壓器，讓牽引電流透過電力機車後從迴流線返回牽引變電所。但是這種形式牽引網阻抗大，受電弓容易起弧（有點火花）。

這種是相對直接供電方式，就是加一條迴流線。透過迴流線直接回變電所。仍有一部分點從鋼軌返回。這裡說一下，鋼軌是有部分電流的。只是比較小而已。同時直接回歸大地，人相對來說比較安全，但是我們經常能夠聽到說地鐵有報道說：有異物入侵，多數就是存在對軌道訊號傳輸有影響的物體。

牽引電流透過電力機車後從正饋線返回。

AT(自耦變壓器)供電方式供電電壓提高，更能適應大功率負荷的供電，功率輸送能力強，供電距離遠，可減少牽引變電所數量，減少電分相數目，機車透過分相中性段短時失電產生的速度和功率損失得到降低；有效降低對通訊線路的干擾;接觸網------電氣工程系短時失電產生的速度和功率損失得到降低；有效降低對通訊線路的干擾;AT供電方式接觸網結構複雜，供變電設施較多，運營維護難度較大。

所以，高鐵從350KM/h向更高速度突破的時候，需要攻克的技術不單單是機車的動力，風阻設計，更重要其實就是受電網的設計。

說完這麼多電網供電的方式，核心就在於解釋，高低壓低電流的供應方式，以及迴流線不同設計，降低放電情況。（但是還沒解釋完，咱們慢慢接下來說）

有人問，高鐵電流能有多大？

這裡沒有中國高鐵的資料，我們拿日本新幹線的資料給你做一個參考。

1964年東海道新幹線開通時，BT供電方式，變電所間距20km，最大電流1000A

這種重型復聯懸吊架線，兩個柱子之間距離50M。

這種是CS簡單懸鏈式架線，兩個柱子之間也是50M距離。

來看看新幹線的接觸網引數。

基本上接觸網也就是跟受電弓接觸的電線，都是銅絞線。並且都比較粗。

實際結構是：

這裡有一個槽口，可以直接卡住，上面用吊索連線承力索。

中國採用的銅接觸線多為TCG-110和TCG-85兩種型號，其字母T表示銅材，C表示電車線，G表示帶溝槽形式，後面的數字表示該型銅接觸線的截面積。

在接觸網運營中，為了保證接觸線在一定張力的情況下不斷線，要求每年至少要進行一次接觸線磨耗測量，當接觸網接觸線磨耗到一定程度時應當補強或更換。若發現全錨段接觸線平均磨耗超過該型接觸線截面積的25%時，應當全部更換。平均磨耗沒達到25%，區域性磨耗超過30%時可區域性補強，當局部磨耗達到40%時應切換。

因此，正常來說，接觸網的磨損一直都是在關注中的，同時在受電弓和接觸網的執行中，常規都是以出現故障後，快速收弓保護接觸網。

受電弓是指使得電流從接觸網傳輸到機車車輛電氣系統的裝置。

受電弓分為三大類：

（1）地鐵、輕軌受電弓

行駛速度不同：幹線一般會達到120km/h以上，而地鐵和輕軌一般在120km/h以下；適用電壓不同：幹線一般為25kV，地鐵和輕軌差不多，有3kV、1.5kV或者750V等幾種；地鐵和輕軌由於電壓低，其電流很大，所以其滑板要浸金屬滑板或者直接使用銅粉末冶金滑板。

（2）幹線受電弓

幹線受電弓一般為氣囊升弓，地鐵和輕軌則有氣囊式，彈簧式和氣缸式等形式；幹線鐵路其電流相對要小，而且高速下考慮弓頭減重，一般採用碳滑板。幹線受電弓一般強制要求擁有自動降弓（ADD）系統，而地鐵和輕軌根據客戶要求；幹線受電弓，特別是高速線路，必須考慮高速執行時氣流對受電弓動態效能的影響，這就需要在弓頭處加裝導流板和翼片，而地鐵和輕軌受電弓不需要考慮。

（3）特殊受電弓

例如針對超高速高鐵研發的受電弓。

受電弓的核心技術在於：有良好的弓網跟隨特性及可靠性。

在接觸網接觸不好的時候，會出現電弧情況。

對於京滬線上面，北京——上海的高鐵來說。一天來回4000KM，每天都會檢查，按照磨損情況一般話1-2周可能就要更換一次碳滑板。

受電弓同接觸網的接觸壓力70－80N，碳滑板，歸算質量90Ns/m。

根據綜合各個國家的高鐵情況，有一些經驗的內容：

法國東南高速線（執行速度270km/h）1981年開通時採用彈性鍊形懸掛，但在3個月內連續兩次刮弓事故。深刻的教訓得到如下結論：

(1)可見電弧應控制在1次/160m

(2)接觸力的標準偏差與平均接觸壓力的比值應小於0.33。

後續設計的受電弓測試中，有要求受電弓離線（離開受電網）的時間小於100MS，100MS左右會出現電弧現象。

從實際情況來說，出現電弧情況並不是好事情，不單單對接觸網有影響，同時還會帶來干擾影響通訊的穩定性，因此各個國家都在儘量避免電弧的產生。

最後來說說能不能採用滾動滑動的方式來解決摩擦滑動，減少摩擦對電線損耗的問題。也就是用滾柱或者滾輪來受電。

確實去查詢了相關文獻，確實有這方面研究，但是並沒有這方面的實際操作。

總結來說，摩擦起熱的情況，在高鐵執行中並不是最要的危害，反而是離線起弧的問題，才是對機車和電網損害的主要因素。

這個不用擔心，高鐵上方的高壓線是銅的，導電效能強，結實耐用，因為是高壓電，所以電流比較小，摩擦的弧光小，下方的滑塊是黃銅製作，堅硬耐磨，上面還塗有凡士林，起運滑作用，銅導線上方有鋼絲繩索懸掛，就算燒斷，也不會掉到列車上，因為每隔三米就有鋼索懸掛著，另外高壓線是由多處雙向供電，線路斷了一處，高壓線路上還有電，就是兩頭供電，高鐵列車有慣性力，會向前滑行，確保列車繼續通行，高鐵執行指揮控制中心，能夠隨時監控到列車執行情況，利用通訊系統指揮列車。隨時採取應急措施，還有高鐵線路長期有人你用望遠鏡巡視的，列車也會定期保養檢查，如果磨損太大會更換新的，請大家放心。

列車行駛中接觸網與受電弓有電弧現象屬於正常，不用擔心會斷掉，碳滑條是碳粉混合的複合材料，導電性好，有較好的磨損性。接觸網Z字形，碳條不會只磨一個點，會在碳滑條上均勻磨耗，不會磨損接觸網，只是碳條磨耗到限了定期更換就好了，能保障列車的安全運營。消耗品需要定期更換。

高壓線火熱摩擦，你可以仔細觀察一下，接觸網的導線是Z字形佈設的，這樣防止了頻繁摩擦高鐵受電弓的同一位置造成過度磨損。而受電弓上有一層黑色的石墨受電刷，是直接接觸上面高壓線的位置，由於石墨很軟，因此對於接觸網電線的磨損極小，這樣就保證了接觸網的高壽命。一個高鐵列車，一般有好幾組受電弓，當一組受電刷磨損過大後，就更換下一對使用了，避免受電弓磨損造成接觸網損害。

接觸網也有意外損壞的情況，需要鐵路供電部門安排軌道車進行搶修，一截接觸網電線一般一兩公里，如果斷了，需要重新更換整個一兩公里，比較麻煩，而且對於列車影響較大。因此中國高鐵對於接觸網要求比較高，具體有以下幾個做法

1，增加了接觸網即時拍照診斷系統，你看很多高鐵頂上有個類似閃光燈拍照的東西，就是監測接觸網狀態的。

2，加強線路平順的監測，減少因軌道高低對接觸網的衝擊，減少磨損。

3，受電弓受力與接觸網接觸上，併產生上壓力，保持該壓力穩定適中，也是提高穩定性減少磨損的方法之一。

4，最後透過軌道檢查車和人工監測提高接觸網病害改善

最後個問題，一般接觸網鋪設後能使用10到20年，與下雨天氣候損耗，透過車輛多少等因素相關。

高鐵上方的那根高壓線，學名叫做架空接觸網，為便於理解，下文統稱為高壓線。

而連線高鐵與高壓線的那個裝置名叫“受電弓”，因其像一把張開的弓，故而得名。

高鐵每天行駛上千公里，受電弓與上方的高壓線高速摩擦，長此以往，高壓線和受電弓豈不是會被磨斷？該如何解決的？

高壓線這種“之”字形架設，目的是為了避免受電弓上特定的某處持續與高壓線摩擦。

輪流摩擦可讓受電弓有“空閒時間”散熱，磨損也變得均勻，整體壽命也更長。

說起鐵軌上方的高壓線，不少人還有另一個疑問，在此一併說說。

鐵軌上方的線有兩根，頂部那根起到懸掛的作用，而下方的那根線才是與受電弓接觸的線。

因此中國高鐵對於接觸網要求比較高，具體有以下幾個做法

1，增加了接觸網即時拍照診斷系統，你看很多高鐵頂上有個類似閃光燈拍照的東西，就是監測接觸網狀態的。

2，加強線路平順的監測，減少因軌道高低對接觸網的衝擊，減少磨損。

3，受電弓受力與接觸網接觸上，併產生上壓力，保持該壓力穩定適中，也是提高穩定性減少磨損的方法之一。

4，最後透過軌道檢查車和人工監測提高接觸網病害改善

高鐵上方的高壓線是銅的，導電效能強，結實耐用，因為是高壓電，所以電流比較小，摩擦的弧光小，下方的滑塊是黃銅製作，堅硬耐磨，上面還塗有凡士林，起潤滑作用，銅導線上方有鋼絲繩索懸掛，就算燒斷，也不會掉到列車上，因為每隔三米就有鋼索懸掛著，另外高壓線是由多處雙向供電，線路斷了一處，高壓線路上還有電，就是兩頭供電，高鐵列車有慣性力，會向前滑行，確保列車繼續通行，高鐵執行指揮控制中心，能夠隨時監控到列車執行情況，利用通訊系統指揮列車。隨時採取應急措施，還有高鐵線路長期有人你用望遠鏡巡視的，列車也會定期保養檢查，如果磨損太大會更換新的

高壓線學名接觸網，由承力索、接觸線、吊弦和支柱、腕臂、棒式絕緣子、定位器等部件組成，電壓約25KV（末端）~30KV，每2KM左右為一個錨段，即承力索、接觸線每2KM為一根，分別下錨，補充張力。一旦斷線，接觸線就要整錨段更換，會給運輸造成很大影響，所以要儘量避免斷線。

受電弓和接觸網的連線是動態的，受線路、風力、天氣、導高、受電弓壓力、接觸線弛度、硬點等各種原因的影響，鐵路部門有專門的隊伍對線路進行維修，確保執行正常,現在技術已經能確保沒有嚴重拉弧現象了。

更換接觸線是根據磨損程度決定的，一般磨耗正常的接觸線10年左右更換一次。

受電弓與高壓線接觸點不是固定一個點，如果受電弓只有一點接觸的話，完全沒有必要做的那麼寬，原因就在於受電弓在火車行駛時是左右左右這樣與受電弓接觸的，因為高壓線在搭建的時候就是採用z字型的方式。

這樣就保證受電弓的受電部位能夠均勻的與高壓線接觸，不至於長時間摩擦一點，產生高熱引起安全事故。而且受電弓表面有石墨，石墨光滑且導電也是一個方面，另外一個方面，那就是損耗，磨損受電弓比磨損高壓線要好的多，因為比起更換高壓線來說，更換受電弓更容易，更方面，更節約養護成本。

只要還有一絲好奇心，那麼每次坐火車時，這個問題你註定無法越過：為了供電，高鐵必須與上方的高壓線持續接觸，可時速300公里，這會帶來劇烈的摩擦，鐵路部門到底是用什麼妙方法解決的？對於此問題，懂的業內人士自然呵呵一聲。然而納悶的永遠是大多數。今天，咱們就來好好說說。

好似一張弓高鐵上方的那根高壓線，學名叫做架空接觸網，而連線高鐵與高壓線的那個裝置名叫“受電弓”，因其像一把張開的弓，故而得名。高鐵每天行駛上千公里，受電弓與上方的高壓線高速摩擦，長此以往，高壓線和受電弓豈不是會被磨斷？該如何解決的？其實，您只要仔細想想，就不用太擔心高壓線的磨損問題。比如說，中國最長的高鐵線路京廣高鐵，全長2298公里。

顯然，對於這兩千多公里長的高壓線來說，它不是時刻被磨損的，比如上圖的“A點”，只有高鐵透過一次，它才會被摩擦一次。假設京廣線每天通行100輛高鐵，那麼高壓線上的A點只會被摩擦100次，若一列高鐵有兩個受電弓，則是摩擦200次，這種頻率的摩擦當然會有損耗，但只要高壓線選用耐磨材料，是可以使用很多很多年的。

很多人都以為，高壓線跟鐵軌是一直平行的，也就是儘量走直路。然而並不是，它是彎的，鐵軌上空的高壓線為“之”字形架設。高壓線這種“之”字形架設，目的是為了避免受電弓上特定的某處持續與高壓線摩擦。輪流摩擦可讓受電弓有“空閒時間”散熱，磨損也變得均勻，整體壽命也更長。

小時候，男生們做過不少惡作劇，比如在水泥地面的教室裡，用鉛筆芯塗上黑黑的一片，然後期望走過這片區域的女同學或女老師滑倒……這告訴我們，石墨是種非常好的潤滑劑，最重要的是，它還導電！

而滑板通常由石墨製成，當然，它也可以由其他有類似作用的材料製成。石墨磨損較快，但這有什麼關係？頻繁更換鐵軌上方的高壓線會讓鐵路部門破產，但如果只是定期更換碳滑板，則方便易行，成本低廉。也並不是說，行駛一趟就得更換一次，實際上，碳滑板的更換週期一般在兩週左右，質量好的，可上月更換一次。