接觸網硬點產生原因、危害及處理方法

孟 超 上海鐵路局合肥供電段

隨著高速鐵路大規模的發展，列車的牽引動力已形成了以電力機車牽引的必然趨勢，這對高速運行中的列車弓網特性提出了很高的要求，而接觸網硬點是影響弓網運行關系的重要因素之一，因此，了解接觸網硬點產生的原因及相對應的整治措施是目前存在的一大難題，在既有的理論基礎上，又經歷了合寧、合武高速客運專線接觸網設備的運營與維護，據此對接觸網硬點的產生原因、危害及整治方法提出一點看法。

1 接觸網硬點的概念

電力機車在運行中，機車受電弓與接觸導線接觸力的變化是非常復雜的，通常情況下，我們將機車受電弓與接觸導線接觸力突然變化的地點稱為接觸硬點，接觸網上引起接觸力突然變化的地點稱為接觸網硬點。

2 接觸網硬點產生的原因

2.1 接觸網施工中造成的硬點

架設接觸線施工過程中一般采用小張力放線施工方法。由于缺乏必要的張力標準理論數值指導，具有很大的不穩定性，從而加大了接觸線架設的張力不均勻度。特別是在起錨和落錨時，需要重新緊線、松線，更是加劇了這一狀況，極易使得接觸線在外力作用下發生變形、扭曲、硬彎。因施工原因造成的接觸線硬彎、接觸線扭面、定位器調整不到位、錨段關節調整不到位、坡度超標、接觸線上的零部件安裝不規范、撞擊受電弓等都會產生硬點病害。

2.2 接觸網自身產生的硬點

2.2.1 接觸線高差造成的硬點

接觸線高差最終反映在接觸線坡度上，接觸線高差分為跨間高差及吊弦高差，跨間高差主要集中區間、站場導高變化處所，而吊弦高差在接觸網各處所均有表現，其中吊弦高差更能直接反映接觸線的平順度，更有實際意義。根據新《檢測》要求，250km/h區段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區段接觸線坡度不得大于1‰，根據運營情況來看，250km/h區段接觸線坡度大于2‰、200km/h區段接觸線坡度大于4‰時極易出現硬點三級超限。

2.2.2 接觸線不平直造成的硬點

接觸線不平直最主要的特點是就是接觸線硬彎，最終反映在短距離的平順度上（接觸線坡度），主要分有上下彎、左右彎，波浪彎、垂直彎（死彎），形成接觸線硬彎的原因較多，如：接觸線本身材質硬彎、未采用恒張力放線施工的施工硬彎、施工人員踩踏導線的施工硬彎等。通過運營情況來看，左右彎影響很小，垂直彎影響最大，但各種原因的硬彎均可以形成硬點。

2.2.3 結構性硬點造成的硬點

所謂結構性硬點系指接觸網線岔、定位器、錨段關節、中心錨結等處所，接觸網整體結構相對復雜，負荷相對集中，較易形成硬點。

（1）線岔處產生的硬點

首先，線岔限制管加大了接觸線質量。減小由此產生的硬點，就要減輕限制管質量，可用鋁合金件代替鋼件。固定部位可活動的限制管使機車通過線岔時，受電弓與接觸網硬點之間有個緩沖的作用過程，從而減小硬點的影響。其次，線岔交叉點處兩支接觸線交叉，受電弓同時托起兩支接觸線，該處硬點加大。

（2）定位器處產生的硬點

檢測數據表明，在行車速度不超過140 km/h時，不論是具有限位和減振作用的多功能定位器還是普通的鋁合金定位器均能滿足行車的需要。顯然，多功能定位器保證了運行可靠性，鋁合金定位器因質量輕硬點要比普通鋼質定位器小。硬點的大小還與定位器的坡度及拉出值有關。根據運行中的定位器作用力分析，運行中的定位器因為拉出值在水平方向上存在一個拉力F1，定位器與水平方向存在夾角a，這樣定位器在垂直方向產生一個向上拉起接觸線的分力F2。定位器本身質量在接觸線處的分力大小取決于夾角a的大小，即定位器的坡度。受電弓托起接觸線后，夾角a變小，F2變小，要使定位器處的接觸線與跨中接觸線具有相近的特性 (不考慮承力索影響的情況下)，F2應大于或等于定位器本身質量在接觸線處的分力，否則將產生硬點。若定位器處拉出值過小，也將產生硬點。可見，定位器處是否產生硬點除取決于本身質量外還取決于定位器坡度大小和拉出值的大小。

（3）錨段關節處產生的硬點

錨段關節是為受電弓由一個錨段向另一個錨段過渡而設置的，其結構較為復雜，較易形成硬點，三跨關節的運營條件更為惡劣，錨段關節形成硬點主要有以下幾個原因：①接觸線坡度大；②轉換柱間有兩支接觸線V形交叉，沖擊力大；③有電聯結等集中負載。

（4）中心錨結處產生的硬點

中心錨結作為整個錨段的唯一一處相對固定點，應力集中，受力復雜，極易形成硬點，其中以三跨中心錨結的的運營條件更為惡劣，二跨中心錨結的運營條件有所改善。

2.3 非接觸網原因產生的硬點

（1）列車提速后，線路質量的好壞也間接影響著弓網間的配合，例如線路的變坡點，特別是正坡直接變成負坡的變坡點，反映在弓網關系上就相當于一個導線變坡點，如果此處正好是接觸導線的變坡點就可能出現很強烈的硬點。

（2）線路道床質量對受電弓與接觸網的接觸力影響也很大，如道床的彈性系數、振動周期及各種病害等，對接觸網運行影響很大，由于機車或線路原因產生的硬點具有較大的隨機性，因此在現場檢查維護過程中很難被發現。

（3）在機車的運行取流過程中，運行的受電弓與架空式的接觸網之間進行的相互作用、相互匹配非常復雜，影響受流質量的主要參數有靜態接觸壓力、動態接觸壓力、受電弓振動頻率、接觸網振動頻率、機車運行速度等；同時，電力機車受電弓的彈性系數、受電弓歸算到接觸導線上的質量等問題都會產生硬點病害。

（4）與機車有關的接觸網方面的懸掛彈性系數（接觸懸掛張力、接觸網跨距、接觸懸掛導線及承力索單位長度重量、接觸懸掛結構型式等都影響到接觸懸掛彈性系數）、接觸網的振動頻率、周期等，也是發生接觸網硬點病害的原因。

3 接觸網硬點的危害

接觸網硬點是一種有威脅的物理現象，它會破壞弓網間的正常接觸和受流，加快導線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害，常常在這些部位會產生火花或拉弧，從而損傷接觸線和受電弓。接觸線硬點的產生，會影響牽引電機的正常取流，在拉弧的暫態過程中對牽引電機造成嚴重的傷害，同時還會影響機車的牽引質量。接觸網硬點對接觸網、受電弓將造成機械傷害和電弧傷害。機械傷害是指對受電弓、接觸導線輕微的碰傷及刮傷等（有明顯痕跡的就稱之為“打弓點”）；電弧傷害是指硬點引起的弓網離線和離線瞬間產生的高溫電弧會對機車受電弓的弓頭產生點蝕、汽化，同時也會對接觸網導線產生點蝕、汽化，嚴重時會使導線發生高溫退火，影響行車安全。接觸網硬點是造成機車受電弓離線的重要原因之一。機車受電弓離線對機車牽引電機、電器、受電弓、接觸網、牽引變壓器及供電系統都有嚴重危害。

4 接觸網硬點的整治

4.1 提高接觸網設計質量

因地制宜，根據不同現場環境由不同的設計理念，從設計選用線索材料的角度來講，當前使用鎂銅合金線要比硬銅線好，承力索與接觸導線采用相同的材質對接觸網的性能及減少硬點的產生有很大好處。

4.2 提高接觸網施工質量

在高速鐵路建設初期，如果施工質量不能達標，即使以后在運行中經過多次整治也很難讓設備質量有明顯的提高。因此，在施工中應嚴格按照檢修工藝及相關標準進行施工。

4.3 加強日常設備巡視及取流檢查工作

嚴格執行有關檢修實施細則，提高巡檢質量，是提前發現接觸線硬點并及時處理的可行方法。其中因接觸網維修工作而產生的接觸懸掛中的某些質量集中點，通過改變原吊弦布置位置或適當采用增加吊弦的方法，可以改善接觸網整體彈性，消除接觸網硬點。對于某些跨距接觸線坡度過大，或是連續多個跨距坡度呈波浪形變化，通過加強檢修人員工作責任心教育、改進巡檢過程中導高測量方法、控制不符合標準的接觸線坡度的產生等等措施，可以避免巡檢過程中接觸網硬點的產生。提高日常接觸網設備檢修質量

4.4 提高日常設備檢修質量

根據接觸網硬點產生的不同原因進行相對應檢修整治，對癥下藥，如：

（1）跨間高差：對于形成跨間高差的區間、站場接觸線高度過渡處所，要根據測量數據，制定整體整治方案，一般以站場最外端線岔或關節為控制點，嚴格按照250 km/h區段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區段接觸線坡度不得大于1‰從站場向區間進行過渡，在過渡的起點及終點盡量以拋物線形式過渡，避免出現明顯的折拐點，同時要結合工務線路條件，盡最避免在工務線路豎曲線處所。

（2）吊弦高差：嚴格按照250 km/h區段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區段接觸線坡度不得大于1‰的標準進行調整，其中定位點兩側吊弦力求等高，因跨中預留馳度的要求標準高，對改善弓網關系并無明顯的效果，不建議采用跨中預留馳度。

（3）對硬彎進行量化分析：我們在實踐中采用了硬彎量化分析法，即采用<接觸線硬彎量化分析組合工具>（平板尺+塞尺、自制），修前對硬彎進行測量，根據硬彎大小確定處理方案，修后再次進行測量，檢驗整治效果。通過硬彎處理前后檢測數據對比，總結出如下經驗數據：硬彎三級超限的臨界值為0.2 mm，硬彎超過0.2 mm需進行校正，硬彎校正后小于0.2 mm可以消除三級缺陷，同時現有的五輪正彎器的校正精度可滿足要求。根據硬彎的類型采用不同的校正方法：對于較大的垂直彎（死彎），先用<導線硬彎局部校正壓模>進行局部壓模校正，然后用五輪正彎器進行推拉校正；對波浪彎（平順彎）直接用五輪正彎器進行校正。校正時需注意五輪正彎器的正確使用方法。

（4）交叉線岔：因交叉線岔有兩支接觸線，受電弓通過線岔時抬升受到限制，負載較為集中，形成硬點是必然的，我們能做的是盡最大能力改善線岔處弓網關系，最大限度的降低硬點數值。具體做法是將線岔各項能數按設計值進行調節，關鍵點為正線與側線相交線岔500 m處水平應盡量控制在側線抬高20～30 mm，非支抬高滿足要求，使限制管盡量受到向上的抬升力。

5 結束語

了解掌握接觸網硬點的產生原因及危害，可以有針對性地克服和減少接觸網硬點病害的發生，對提高接觸網運用質量、創造良好的弓網關系、保證鐵路運輸安全高效具有重要意義。