随着电气化铁路向高速与重载化方向发展,对接触线载流量和受电弓取流量要求越来越高,电气化铁道弓网电接触问题日益突显。弓网的最大允许通过电流、接触电阻、电阻率,热效应和电磨耗等问题共同构成受电弓与接触网系统的电接触核心问题。本论文从弓网良好电接触和离线电弧两个角度出发,以弓网电接触的热流和电流传导及影响规律为目标,依据弓网表面热流源分析->弓网离线电弧温度传导->弓网良好电接触稳态和暂态热流传导->弓网离线电弧时空链式和电气黑盒拓展建模->弓网电气黑盒拓展电弧模型接入实际牵引供电线路的行车车顶和车体安全性影响分析的研究主线,较为全面地揭示了弓网电接触的热流和电流传导及影响规律。主要研究工作如下：首先,针对受电弓与接触网滑动电接触时产生的高温热侵蚀,提出了一种评估弓网表面热流源分析和计算的模型。指出弓网表面的热流源主要来自机械摩擦产生的表面温升、接触电阻产生的表面温升和离线电弧产生的表面温升,详细计算推导和计算分析了三种温升的热侵蚀过程和影响因素。以北京-天津客运专线为例进行了仿真计算,结果表明,摩擦热、焦耳热和电弧热一般同时存在和相互影响,也获取了弓网接触压力、风速、行车速度、电流变化等对受电弓滑板和接触线表面热流的影响规律。其次,针对频发的离线电弧现象,研究了弓网离线电弧作用下的弓线温度场。对离线电弧作用下的弓线热过程进行了理论分析；结合非线性有限元理论,借助ANSYS软件,建立受电弓弓头滑板和接触线的有限元模型,分析电弧产生后对其温度分布的影响,重点分析了不同接触线及受电弓滑板材料和不同材料配副的弓网系统瞬时温度分布差别,讨论了降低电弧对弓网侵害的措施,从温度场角度评估了较好的弓线材料配副选择。然后,基于热功率平衡原理,分别提出了针对弓网滑动电接触在双滑板电接触下的稳态和升降弓接触时的暂态热模型,研究了弓网系统单/双点滑动电接触的热流分布差别,解析了弓网良好电接触和升降弓取/断流时弓线小离线到良好电接触的热传导温升变化过程,并给出了两个温升模型的初始和热存储边界条件。在不同载流大小、不同接触压力和不同电接触时弓网滑动电接触和升降弓取/断流情况下,依据非接触式红外热像检测的接触线温升实验数据,对比验证了提出的受电弓双滑板电接触的接触线稳态温升模型和升降弓接触线暂态温升模型的正确性和有效性。4)此外,结合链式电弧模型的特点,建立了一种升降弓拉弧的空间物理计算模型。考虑和分析了开放式环境中升降弓时电弧所受到的热浮力、空气阻力、电动力、风载荷等,建立了升降弓拉弧链式电流元的综合受力模型：并修正接触线端电弧电流元速度和确定接触线端电弧弧根的跳跃规则；通过比较升降弓动态拉弧的不同受力,重点分析了在接触网相同载流下风载荷对电弧运动所起的作用,进一步探讨了不同风载荷对升降弓拉弧形态的影响。仿真结果表明,该链式电弧模型研究风载荷下高速列车升降弓拉弧的空间运动形态和长度变化过程是有效的。再次,为了研究弓网电弧的电气特性,拓展了一种适合于弓网相对运动特性的Habedank电弧数学模型。基于弓网电弧现象的形成机制及影响因素的深入分析,确立了Habedank电弧方程中电压梯度、功耗功率和电弧长度的关系；通过建立和引入有限元弓网交互模型构建弓网最大离线间距和车速的关系,建立了一种考虑列车速度的基于Habedank方程的弓网电弧数学模型。基于ATP-EMTP的北京-天津客运专线上北京-亦庄区段的牵引供电系统进行该拓展电弧模型的接入研究,在确定模型参数范围基础上分别进行了计及电弧模型内部不同参数和外部不同负载对模型电气特性的影响分析。结果证实了该拓展的Habedank电弧黑盒数学模型的有效性和实用性,且该改进模型反映了弓网系统实际滑动电接触交互性能和列车速度,这对研究其他弓网电弧模型也提供了很好的借鉴意义和研究思路。最后,在拓展的Habedank电弧黑盒数学模型基础上,进一步研究其对高速列车行车车体对地电压安全性的影响。针对车顶,考虑现在大量高速铁路实际架设在高架桥上具有电气耦合的现状,主要对高速列车过电分相段时的车顶过电压进行了高架桥影响的数值求解和对比分析；针对车体,主要对比研究了弓网离线电弧发生时对高速列车各车体对地电压波动和车体接地泄流的影响分析。