鐵道電氣化接觸網(wǎng)硬點原因和改進方法

胡安曉

（中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司，江西 吉安 343009）

作為電氣化鐵路的重要組成部分，接觸網(wǎng)是確保電力機車高速運行的重要保證。高速運行的電力機車通過受電弓從接觸網(wǎng)處獲得電力，保證電力機車所需的電能。在理想情況下，接觸網(wǎng)與電力機車受電弓之間應(yīng)該是一個恒定的接觸壓力，受電弓在接觸線端勻速前進的過程中獲得穩(wěn)定的電壓。但是，在實際的運行過程中，受電弓與接觸線之間的壓力并不完全均勻，有時候甚至?xí)霈F(xiàn)離線的現(xiàn)象，導(dǎo)致電力機車的正常工作受到影響。這時，如何確保受電弓與接觸網(wǎng)絡(luò)具有良好的弓網(wǎng)關(guān)系成為了鐵道電氣化接觸網(wǎng)的重點研究方向。

1 鐵道電氣化接觸網(wǎng)硬點的危害

硬點是指導(dǎo)致受電弓的運行狀態(tài)發(fā)生瞬時改變的因素的總和，這些因素來自多個方面，諸如線路、空氣流等，對弓網(wǎng)狀態(tài)有直接影響。接觸硬點的危害可以分為機械損傷以及電弧傷害兩個方面。

1.1 機械損傷

在電力機車高速通過接觸網(wǎng)時，受電弓在經(jīng)過線路中的硬點時都或多或少的出現(xiàn)不正常的升降，這種不正常的升降過程將導(dǎo)致接觸導(dǎo)線和受電弓滑板造成撞擊性的損傷以及實常的磨擦損耗。當硬點出現(xiàn)在元件式分相、分段接頭、電連接線夾或者是跨距兩端的定位點等位置時，容易造成“打弓”現(xiàn)象，將對設(shè)備造成損害。

1.2 電弧傷害

當受電弓經(jīng)過硬點時，容易出現(xiàn)與接觸網(wǎng)相分離的現(xiàn)象，這不但對電力機車的正常取流造成影響，還會還會在運行的過程中產(chǎn)生火花，給接觸網(wǎng)和受電弓造成損傷，嚴重時甚至?xí)龜嘟佑|網(wǎng)，對行車安全造成嚴重影響。

2 鐵道電氣化接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生的原因

2.1 設(shè)計原因

接觸網(wǎng)彈性的均勻程度是對接觸懸掛方式質(zhì)量的一個重要評價標準。在對接觸網(wǎng)進行設(shè)計之時，在絕緣錨段的關(guān)節(jié)和分相絕緣錨段關(guān)節(jié)中采用的定位器件具有較大的重量，容易造成重量的集中，導(dǎo)致接觸網(wǎng)在定位器出出現(xiàn)嚴重的重量集中現(xiàn)象，造成該處彈性下降。而且在分段接頭以及設(shè)備元件分相等地方，隔離開關(guān)、避雷設(shè)備以及上網(wǎng)連線等的重量都較大，使得接觸網(wǎng)線彈性的均勻程度不夠，容易引發(fā)受電弓在接觸的過程中出現(xiàn)較大的接觸力突變，進而在這些地方形成較大的沖擊硬點。

2.2 接觸網(wǎng)懸掛形式的選用

由于受到機車運行、線路以及懸掛形式等多個方面的影響，接觸網(wǎng)的懸掛形式應(yīng)該根據(jù)實際情況加以選擇。在使用半補償?shù)暮唵温?lián)形懸掛方式時，在一些特殊的條件下，將導(dǎo)致接觸線與錨段中部以及下部出現(xiàn)較大的張力差，使得接觸網(wǎng)的彈性及張力不夠均勻，尤其是在支點處容易出現(xiàn)硬點。同時，由于三跨錨段關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)換接觸線存在著一個從負坡度向正坡度的過渡點，這時對受電弓的沖擊也較大。因此，應(yīng)該根據(jù)線路和環(huán)境等多方面的因素，考慮接觸網(wǎng)的懸掛方式。

2.3 日常檢修原因

針對日常接觸網(wǎng)進行的檢修過程中，由于分相或者是分段絕緣設(shè)備與接觸線之間的連線過渡不夠平滑、或者是間隙太大以及定位點處所設(shè)置的設(shè)備的臨時調(diào)整使得受電弓的抬升量不足，導(dǎo)致硬點的出現(xiàn)。在進行日常例行檢查的過程中，由于測量工具自身或者是測量方法的不恰當，都有可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)線在跨距之內(nèi)發(fā)生較為明顯的變化，導(dǎo)致電力機車的受電弓在高速通過的過程中形成過大的接觸沖擊，在接觸網(wǎng)上形成硬點。加之，在檢修的過程中由于對檢修人員的培訓(xùn)等較為欠缺，沒有根據(jù)檢修規(guī)文制度來進行嚴格的檢修，在作業(yè)過程中直接踩踏接觸網(wǎng)線，對接觸線的平直度造成影響，引發(fā)線面扭曲等問題，形成硬點。

2.4 接觸線材質(zhì)的原因

高速鐵路的提速增加了人們對接觸網(wǎng)線材質(zhì)的要求，人們在設(shè)計的過程中需要通過對傳統(tǒng)材質(zhì)的改變來降低接觸材質(zhì)對接觸網(wǎng)線硬點產(chǎn)生的影響程度。例如，某客運專線的高速列車在試車的過程中，其最初采用的鎂銅接觸網(wǎng)線在試車的過程中出現(xiàn)了連續(xù)火花的現(xiàn)象。在通過相關(guān)單位的研究和分析試驗之后，結(jié)合持續(xù)增加接觸導(dǎo)線張力的試驗方式，發(fā)現(xiàn)連續(xù)火花的現(xiàn)象依然存在。之后，在實驗室中通過采用鎂銅接觸線與銀銅接觸線兩種材質(zhì)，在對受電弓加載垂向力和縱向加速度來分別模擬硬點與沖擊之后，發(fā)現(xiàn)兩者的接觸信號以及波形存在著較大的差別。圖1為分別采用鎂銅接觸線和銀銅接觸線交界處的硬點與沖擊時檢測到的波形。

圖1 采用鎂銅接觸線和銀銅接觸線交界處硬點與沖擊信號波形

從該實驗的結(jié)果可以得到接觸材質(zhì)的不同在對弓網(wǎng)振動方面具有對應(yīng)的影響，試驗采用的接觸網(wǎng)材質(zhì)存在著不匹配的問題，因此在弓網(wǎng)材質(zhì)方面應(yīng)該有所選擇。同時，在選擇定位器時，也應(yīng)該做到科學(xué)合理，避免由于定位器質(zhì)量過重而導(dǎo)致接觸網(wǎng)的質(zhì)量集中，形成硬點。

2.5 線路質(zhì)量的原因

當線路路基，尤其是橋頭、隧道口、鋼軌的接頭、道床翻漿或者是三角坑處等地方，都會對形成線路的質(zhì)量造成影響，給接觸網(wǎng)的參數(shù)帶來變化。同時線路晃車也是導(dǎo)致接觸網(wǎng)線出現(xiàn)硬點的一個重要原因。在一些地勢不夠平緩的地區(qū)，由于線路可能直接從正坡變?yōu)樨撈拢@時將在弓網(wǎng)上表現(xiàn)出一個明顯的變坡點。若假設(shè)接觸導(dǎo)線處于一個變坡點上，這時將在接觸網(wǎng)線上形成一個強烈的硬點。再次，線路道床的鋪設(shè)質(zhì)量以及施工方式等都對接觸網(wǎng)造成重大的影響，尤其是道床的振動周期、彈性系數(shù)以及其他的病害等都將丟接觸力有一定的影響。加之硬點在線路上的分布也表現(xiàn)為一種隨機性，在現(xiàn)場的維護與作業(yè)過程中不容易把握。電力接車在高速運行取流的過程中，架空網(wǎng)線與受電弓之間所作用的關(guān)系較為復(fù)雜，對動、靜接觸壓力和受電弓振動頻率等都有直接影響，這些因素都是硬點形成的原因。

3 懸掛硬點的測量方式

1）受電弓在高速滑動取流的過程中，受電弓會產(chǎn)生三個方向的振動，包括上下、前后以及左右。其中，上下方向稱之為振動，前后方向稱之為沖擊，左右方向則稱之為擺動。滑動過程中若遇到懸掛硬點，將導(dǎo)致受電弓的加速度發(fā)生突變。

這時，在受電弓的弓頭部分設(shè)置了兩個方向不同的加速度傳感設(shè)備，用于測量機車運行過程中在弓頭處產(chǎn)生的加速度與沖擊，然后根據(jù)測量得到了加速度變化來確定線路何處存在有硬點。根據(jù)實際情況來看，即是導(dǎo)致硬點的因素完全相同，當機車的行使速度不同時，硬點給受電弓造成的影響也是有差別的。所以，當運行工況相同的時候，電力機車的運行速度越高，硬點對受電弓的影響也就越大、越明顯。因此，在檢測機車運行的過程中還應(yīng)該對接車的運行速度加以考慮。

2）車體振動補償?shù)臋z測。機車在運行的過程中自然會產(chǎn)生多種多樣的振動，各種各樣形式的振動將導(dǎo)致機車在運行的過程中可能會產(chǎn)生一個相對線路中心的位移，或者是產(chǎn)生一個與軌道面垂直的位移，導(dǎo)致機車的受電弓與接觸網(wǎng)之間出現(xiàn)相對位置的明顯變化。這一點也表明機車的弓網(wǎng)接觸關(guān)系是動態(tài)的，是持續(xù)可變的。但是，由于所采用的檢測方式?jīng)Q定了檢測得到的屬于靜態(tài)值。這就導(dǎo)致靜態(tài)檢測值與動態(tài)工況之間存在著固有的差別。這時，就需要將將車體的振動位移量采用對應(yīng)的方式將之折算到受電弓上，保證對受電弓位移變化量的精確程度。其中，進行車體振動位移檢測的原理圖如圖2所示。

圖2 車體振動位移監(jiān)測原理圖

兩個激光雷達對稱的安裝在車體底盤，激光雷達的中心距離為l，激光雷達分別向下掃描兩側(cè)的鋼軌斷面輪廓，通過識別計算方法來確定兩側(cè)鋼軌內(nèi)沿點與激光雷達之間的距離分別為d1，d2，掃描的角度分別為α1,α2。這時，車體相對于軌道中心線發(fā)生的偏移為

車體相對于軌道平面的垂直位移為

假設(shè)動態(tài)拉出值為a，接觸網(wǎng)的高度為h，激光雷達測量設(shè)備的安裝高度為h0，那么補償之后得到的靜態(tài)拉出值為

4 接觸網(wǎng)硬點的整治與改進

基于上述對接觸網(wǎng)硬點原因的分析，當前無法完全將接觸硬點予以消除，只能夠通過整治和改進測量來將之減小到可接受的范圍。其整治與改進策略包括下面這樣幾個方面：

1）調(diào)整定位處，確保其良好的彈性

通過對定位處的調(diào)整，保證其良好的彈性，不會由于重量的集中而造成硬點的出現(xiàn)，保證高速電力機車的受電弓能夠順利的通過。在對接觸網(wǎng)線進行調(diào)整時，限位定位器之間的間隙是限位定位器調(diào)整的關(guān)鍵。為了能夠有效的避免出現(xiàn)由于受電弓抬升過高造成的“打弓”現(xiàn)象，在適當?shù)臅r候采用限位定位器是十分必要的。而安裝過程中又應(yīng)該對限位的間隙及大小進行選擇和確定，間隙過大將使得定位器的坡度過大，而過小則導(dǎo)致其坡度過小。而且云尋的提升量之內(nèi)限位功能同樣將起到限制作用。所以，過大和過小都將導(dǎo)致硬點的出現(xiàn)，但是可以通過合適的調(diào)整確保其具有足夠的彈性，盡量降低硬點的影響程度，減小弓網(wǎng)的磨損。

2）加強重點故障部位的檢測工作

對于檢測車檢測出的硬點數(shù)值大、存在數(shù)值突變、數(shù)據(jù)明顯疊加以及在一跨內(nèi)導(dǎo)線的高度差超過了150mm的地方要進行重點檢測。以檢測車所提供的硬點數(shù)據(jù)為依據(jù)，在其范圍內(nèi)利用接觸網(wǎng)激光在檢測車檢測出硬點的公里標志后進行查找，尤其是在一跨之內(nèi)的各個定位點、吊弦點以及線夾等載荷集中處進行重點檢測。

3）接觸網(wǎng)架設(shè)過程中年采用恒張力放線

恒張力布線可以很好的保證弓網(wǎng)取流的質(zhì)量，在進行恒張力放線過程中，應(yīng)該根據(jù)事先設(shè)定的張力，以恒定的速度實施放線作業(yè)。其具體的技術(shù)要求如下。

（1）放線工必須接收過專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，且工作態(tài)度要積極細致。

（2）操作過程必須以相關(guān)的規(guī)定為依據(jù)，嚴格予以執(zhí)行。

（3）預(yù)先清楚架線錨段之內(nèi)的施工障礙，對于特殊地段的支柱和腕臂等要進行加固作業(yè)。

（4）根據(jù)接觸網(wǎng)線的材質(zhì)選取對應(yīng)的放線工具，諸如放線滑輪、S鉤等。

（5）架線所采用的張力應(yīng)該根據(jù)接觸線材質(zhì)的硬度、彈性以及線路的彎曲半徑等來進行綜合選取。

（6）架線車的行走速度控制在3～5km/h的范圍為宜。

（7）為了避免沖擊對線路造成的破壞，緊線作業(yè)時應(yīng)該盡量采用均勻的力度。

進行恒張力放線時施工設(shè)備的基本要求如下。

（1）放線車族的限界、制動方式以及控制方式等項目都應(yīng)該與“鐵路技術(shù)管理規(guī)程”以及其他相關(guān)規(guī)范、標準中的要求一致。

（2）放線過程中所采用的張力可以在3～30kN的范圍之內(nèi)加以選取，保證放線張力能夠滿足各種銅鋁合金的放線張力要求。放線過程中應(yīng)該盡量將靜態(tài)張力誤差控制在l%的范圍之內(nèi)，而盡量將動態(tài)張力控制在5%的范圍之內(nèi)。

（3）所采用的放線車組維護周期應(yīng)該盡量長，日常維護較為簡單，零部件容易購買。

5 結(jié)論

接觸網(wǎng)的硬點問題雖然不能夠完全避免，但是可以采用對應(yīng)的方式盡量降低其對行車的影響。應(yīng)該從接觸網(wǎng)材質(zhì)、施工以及日常的檢修等方面著手，并逐步提高接觸網(wǎng)的運行與管理水平。

[1] 馮靖波.鐵道電氣化接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生原因及改進措施[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008,7(2):66-68.

[2] 霍一瑞.接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生的原因及分析[J].上海鐵道科技,2010(3):55-57.

[3] 李上山.接觸網(wǎng)硬點的產(chǎn)生原因、危害及整治方法[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2011(7):44-45.

[4] 陳龍福.關(guān)于優(yōu)化接觸網(wǎng)高速線岔布置方案的探討[J].海峽科學(xué),2011(12):46.