受电弓与接触网系统（简称弓网系统）作为电气化铁路的重要组成部分，二者通过滑动接触为电力机车的稳定运行提供强大的牵引动力。二者在工作中存在电、磁、热、力多场耦合效应，复杂的多场耦合作用将影响弓网的受流质量和摩擦磨损性能，开展电气化铁路弓网接触多物理场耦合效应研究，对降低弓网运行维护成本，提高受电弓滑板和接触网导线使用寿命等具有重要意义。
为有效提高弓网滑动电接触性能，保障列车安全稳定运行，采用接触电阻、燃弧率及接触温度对弓网电接触性能进行评价，以期为多场耦合效应下进一步减少或避免弓网接触故障的发生提供参考。
弓网滑动过程中，接触电阻作为评价弓网接触是否良好的一个直接依据，其阻值和稳定性与接触压力、接触形式以及表面膜状况等因素有关。弓网可靠接触阶段，接触电阻值会在平均值上下做幅度不大的随机波动，弓网接触临近失效时，接触电阻值会出现大幅度的增大。
有文献按照接触电阻的变化规律，将接触状态分为稳定、不稳定和趋势变化三种状态，分别对不同阶段的接触电阻采用不同的预测模型，对接触失效做出合理预测，为评估接触可靠性提供了新的方法。有文献分析了波动载荷、接触电流和滑动速度共同作用时接触电阻的变化规律，研究了弓网接触的失效概率。在综合考虑接触电阻和电流稳定系数后，提出了弓网滑动电接触失效判据，当接触电阻增大超过临界值时，弓网电接触失效。
从接触失效出发研究弓网滑动电接触可靠性，建立失效概率模型来预测一定工况条件下的失效概率，不仅能够保证弓网系统的安全稳定运行，并且还能预测剩余使用寿命，从而实现电接触材料剩余价值的最大化利用。
任何部件的有效期和使用寿命都可以用如图1所示的失效概率曲线来描述。可以看出，起始阶段和磨损后期摩擦副的失效率最高，如果运行过程中工况条件变的比预想苛刻，那么摩擦副的使用寿命必然会大幅缩减。
弓网滑动磨损过程可分为两个阶段：跑合期和相对稳定期。跑合期磨耗较大，一旦进入相对稳定期，磨耗率、接触电阻就会保持在一个相对稳定的值附近；随着运行时间的增加，滑板磨耗开始增加直至磨耗到限。
列车高速运行时，受电弓滑板与接触网导线之间相互激励产生振动波幅较大，不可避免地出现弓网燃弧现象。目前，通用的燃弧率计算公式为
我国铁道行业标准TB/T 32712011【轨道交通 受流系统 受电弓与接触网相互作用准则】对弓网燃弧率的要求为：速度等级小于等于250 km/h的线路，最大线路速度时燃弧率不大于0.1 %；速度等级大于250 km/h的线路，燃弧率不大于0.2 %。
TB 100092016【铁路电力牵引供电设计规范】规定设计速度为120～250 km/h的线路，最高运行速度下的燃弧率不大于0.1 %，速度等级为300～350 km/h的线路，燃弧率不大于0.2 %；TG/GD 1242015【高速铁路接触网运行维修规则】规定运行速度大于或等于200 km/h和小于200 km/h仅运行动车组的线路，燃弧率应小于5 %，可知我国铁道行业标准对弓网燃弧率的要求不尽相同，且设计规范、技术标准相差较大。
因此，在多种评价标准与规范并行的背景下，应结合实际运行工况，将弓网燃弧率控制在合理范围内，以提高对弓网运行故障的评估，指导维修决策，保障列车高速安全运行。
由于接触电阻的存在，使弓网接触区域更多的电能转化为热能，而滑动摩擦作为典型的耗能过程，是电接触表面产生附加热量的重要来源。因此，接触温度不仅对弓网摩擦磨损产生直接影响，也可以反映弓网接触性能的好坏。
有文献研究发现，高电流工况下，滑板磨损量随温度呈先减小后增加的「U」形趋势变化，在240 ℃附近存在最小值，建立了考虑温度作用的浸金属碳滑板磨损量预测模型，使受电弓滑板磨损量预测更加精确，对提高弓网系统运行稳定性具有指导意义。但是，将温度作为评价指标来判断弓网接触性能的好坏并未上升到标准的地位，尚未有明确的温度阈值来判定弓网接触的可靠性，相关的研究还不太成熟。
此外，实际运行过程中是在机车顶部安装或架设红外热像仪等仪器对弓网系统热效应进行监测、评估，多用于对滑板和接触线温度范围进行热成像采集分析，反映滑板过热、区间燃弧等情况，从而评估弓网接触状态是否良好，然而整体数据利用率不高，如何利用现有测试数据分析弓网运行状态，将历史数据与表征弓网电接触性能的参数相结合，建立电接触性能辨识模型，进而对弓网滑动电接触性能做出合理评估，真正实现弓网系统的动态监测、故障诊断及提前报警，将是后续研究的重点。
本工作成果发表在2023年第10期【电工技术学报】，论文标题为「弓网滑动电接触电磁热力耦合效应研究进展」。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。
