高速鐵路弓網受流質量優化措施

■ 薛衛星 劉賡然

高速電氣化鐵路接觸網是架設在鐵路沿線上空的特殊電力線路，由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱和基礎組成，承擔著為電力機車（動車組列車）供電的任務，是高速電氣化鐵路牽引供電系統的主體和關鍵組成部分。它與受電弓直接相連，當列車高速運行時，接觸線和受電弓之間應該是一種動態穩定的關系，受流質量既取決于受電弓的參數，同時也取決于接觸網的參數，兩者只有合理匹配才能實現高質量的取流，確保列車高速、安全、穩定運行。為此，必須采用更加合理先進的技術手段提高接觸網運行品質和安全可靠性能。

1 高速鐵路弓網受流質量優化措施

接觸懸掛主要由接觸線、吊弦、承力索及接連零件組成。接觸懸掛通過支持裝置架設在支柱上，作用是將從牽引變電所獲得的電能傳送給電力機車。接觸懸掛質量優劣的主要指標是彈性的好壞。彈性是指接觸懸掛在受電弓抬升力作用下發生形變，除去抬升力后能恢復到原來狀態的性質。

接觸懸掛彈性好壞的衡量標準為：（1）彈性的大小，取決于接觸線的張力大小；（2）彈性的均勻度，取決于接觸懸掛的結構。為使接觸懸掛彈性優良，保證受電弓高質量受流和列車的高速運行，必須對其相關結構設備進行研究和改良。

改善接觸懸掛彈性和取流的條件包括兩個方面：一是盡量使受電弓對接觸線的壓力不隨受電弓的起伏波動而變化，需要研究改進受電弓的結構；二是使受電弓沿接觸線滑行時接觸點的軌跡盡可能接近水平直線，需要研究改進接觸懸掛的彈性質量。要達到上述任一條件都需要盡量減小接觸線馳度，改善懸掛的彈性性能。改善措施的重點在于提高定位點、電分段（相）、絕緣器及線岔等特殊位置的懸掛彈性，并盡量使全線接觸懸掛的彈性均勻一致。

1.1 采用全補償彈性鏈形懸掛

簡單鏈形懸掛在定位點處易產生硬點，受電弓在跨距中間和定位點處的導線抬高量差異較大，整個跨距內的接觸網彈性不均勻，這將導致高速行車時受電弓的離線和拉弧現象。資料顯示，靜態情況下，簡單鏈形懸掛的彈性不均勻度約為2 5％，動態情況下則約為2 8％，遠大于高速鐵路追求的接觸網彈性不均勻度小于1 0％的目標值，不適合于高速行車。

全補償彈性鏈形懸掛相比簡單鏈形懸掛，在懸掛點處加裝了彈性輔助索，使得該區域的彈性升高，從而令沿跨距的彈性基本上是均勻的。均勻的彈性使得靜態接觸壓力抬升恒定，受電弓的運行軌跡高度變化減小，因此可顯著減小弓網振動，降低了離線率和燃弧率。國內外運營成熟的高速鐵路均采用該懸掛方式。

合蚌高鐵正線亦全部采用全補償彈性鏈形懸掛方式。計算表明，采用該懸掛方式后，支柱定位點處的彈性可達跨中彈性的9 5％，從而使接觸懸掛彈性不均勻度約為6.2 3％，小于1 0％，滿足高速行車要求。

1.2 增加接觸線張力

增加接觸線張力可減小接觸網彈性，保證列車提速后弓網能夠良好受流。數據表明，當接觸線和承力索的張力分別增加到1 5 k N和2 0 k N時，接觸網彈性可減少3 3％，能夠更好地滿足高速行車的要求。增加接觸線張力還可限制高速運行時受電弓的動態抬升量，降低接觸網彈性不均勻度，使彈性在整個跨距內趨于一致，改善受流性能。

合蚌高鐵正線接觸網采用銅鎂合金線材T M H 1 5 0+J T M H 1 2 0，額定工作張力為3 0 k N+2 1 k N。檢測結果表明，該方式有效減小了接觸網彈性，降低了彈性不均勻度，滿足高速行車相關標準要求。

張力補償采用棘輪配鐵墜陀的方式，接觸線和承力索分別連接至補償器，棘輪中間有一個起斷線制動作用的齒輪。該補償器的優點是具有斷線快速制動功能，而且在發生事故后更易于恢復，影響面較小。

1.3 研究新型定位零件

在接觸網長期運行過程中，因腕臂定位環斷裂后定位器（管）脫落低于接觸線，以及定位環斷裂后接觸線失去定位，使拉出值發生變化，從而導致弓網事故。此類事故一般發生在定位偏移量較大、偏轉活動頻繁的部位，例如錨段關節、曲內反定位處，以及距離錨段關節較近的反定位腕臂定位環處等。

造成上述部位定位環斷裂、定位環鉤脫離的原因除零件材質問題外，9 5％以上是由于定位環與定位鉤之間一直處于非正常受壓狀態。當定位管受力偏轉時，壓力作用使定位環根部對定位鉤頂部產生一個摩擦阻力，此時定位環頂部將同時受到定位環根部側緣給它的推力作用，在定位環頂部產生一個以定位環根部為軸心的轉動扭矩，該轉動扭矩令定位環發生一定程度的彎曲，其彎曲程度與定位環所受壓力大小及定位管偏轉角度有關。當定位管偏轉角度較大時，定位環就很容易從定位鉤的開口處擠出或是因疲勞而斷裂。

為防止此類事故發生，建議研究采用新型的定位環零件取代反定位腕臂定位環，該零件應能在受壓狀態下靈活偏轉，可抵消或克服抗扭力的不足，消除不利的剪力影響，并且各零部件的連接沒有開口，從根本上增強定位裝置性能，提高結構支點處的剛性，抗擊接觸網在受電弓及風力、振動等外部因素作用下所引起的定位環斷裂或定位環從定位鉤內脫出。

2 合蚌高鐵工程實際效果

2.1 接觸網性能測試

接觸網性能包括接觸線平順性、接觸網靜態彈性及動態抬升量。性能優良的接觸網應具備接觸線硬點少、一跨內高差小、接觸網靜態彈性小和動態抬升量低的特點。合蚌高鐵采用全補償彈性鏈形懸掛。C R H 3 8 0 A-0 0 1綜合檢測車和C R H 2-0 6 1 C+C R H 2-0 6 5 C重聯動車組列車分別以時速3 8 5 k m和3 5 0 k m運行于合蚌高鐵正線時，所檢測的接觸線硬點及一跨內高差的數據見表1。合蚌高鐵正線接觸線硬點數值均小于6 8 6 m/s2，接觸線一跨內高差均小于1 5 0 mm，符合相關標準要求。

表2和圖1分別為相同檢測工況下測得的靜態彈性系數和動態抬升量結果。合蚌高鐵正線接觸線靜態彈性差異系數小于1 0％，滿足相關標準要求。時速為3 8 5 k m和3 5 0 k m條件下，接觸線動態抬升量最大值分別為6 0 m m和5 2 mm，亦滿足要求。

2.2 弓網受流性能測試

評價弓網受流性能的檢測內容主要包括：弓網動態接觸力指標和弓網燃弧指標。

2.2.1 弓網動態接觸力指標測試

綜合檢測車時速為3 8 5 k m，重聯動車組時速為3 5 0 k m時的弓網動態接觸力指標檢測結果見圖2。

表1 接觸線平順性檢測結果速度/（k m·h-1） 硬點≥6 8 6 m/s2的跨數/個 一跨內高差≥1 5 0 mm的跨數/個3 8 5（綜合檢測車） 0 0 3 5 0（重聯動車組） 0 0表2 接觸網靜態彈性檢測結果壓力/N 1 5 6 1 4 6 1 4 8 1 4 0 1 3 8 1 4 2 1 4 6 1 5 1位移/mm 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0靜態彈性/（mm·N -1） 0.2 5 6 0.2 7 4 0.2 7 0 0.2 8 6 0.2 9 0 0.2 9 0 0.2 8 2 0.2 6 5彈性差異系數/％ 6.2 3

2.2.2 弓網燃弧指標測試

在相同檢測工況下的弓網燃弧指標檢測結果見圖3、圖4。

2.2.3 受流性能檢測綜合數據

表3為合蚌高鐵弓網受流性能檢測的綜合數據。可以看出，綜合檢測車以最高時速3 8 5 k m，重聯動車組列車以最高時速3 5 0 k m運行在合蚌高鐵正線時，弓網動態接觸力指標符合相關標準要求，燃弧次數小于1次/1 6 0 m，燃弧率小于5％，最大燃弧時間小于1 0 0 m s，滿足相關標準要求。

3 結論

從提高高速鐵路接觸網運行品質和安全可靠性的角度入手，提出提升接觸網性能的措施，目的在于改善弓網關系，優化弓網受流質量，保證動車組列車高速、安全、穩定運行。在此提出的部分改進措施已實際應用于合蚌高鐵接觸網設計與架設，并經試驗車熱滑檢測。結果表明，在綜合檢測車時速3 8 5 k m和重聯動車組時速3 5 0 k m的檢測工況下，合蚌高鐵接觸網性能優良，弓網受流質量好，各項指標均滿足相關標準要求。

表3 弓網受流性能檢測綜合數據速度/最大接 平均接 最小接 接觸力 燃弧率/％ 燃弧次數/最大燃弧（k m·h-1） 觸力/N觸力/N觸力/N 標準差/N （次·（1 6 0 m）-1） 時間/m s 3 8 5 1 9 0~2 4 5 1 4 5~1 8 5 9 5~1 4 0 3 8 1.7 2 0.2 9 8 6 3 5 0 1 6 5~2 2 0 1 1 5~1 4 0 5 0~1 0 0 3 5 0.3 1 0.4 6 8 5

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