接觸網承力索的最大斷股數及維修措施探討

陳琦等

摘 要：承力索用于鏈形接觸懸掛接觸網，位于接觸線的上方，通過吊弦將接觸線懸掛起來。由于短路接地、主導電回路不暢、雷擊、線索交叉互磨、補償裝置卡滯及腐蝕等原因，常出現承力索斷股、斷線的現象。文章以高速線路上常用的JTMH-120承力索為例，利用數理解析對工程速算法得出的JTMH-120承力索的最大斷股數進行校驗，進而驗證利用工程速算法得出的接觸網中常用的9類承力索最大斷股數的數據是有效的。依靠所得數據，參照鐵道部關于承力索補強的技術標準，結合運營維護經驗，綜合多年普速鐵路承力索的斷股補強、重接案例，提出了一種維修措施處理高速鐵路承力索斷5股以上的情況。該措施在管內線路上運用，取得了良好的效果。這種維修措施補充已有的承力索斷股維修措施，為接觸網的檢修工作提供有益的指導。

關鍵詞：承力索；斷股；校驗計算；維修措施

1 接觸網承力素的分類

1.1 鋼承力索

鋼承力索用鍍鋅鋼絞線制成，該承力索優點在于：（1）強度高；（2）耐張力大，馳度變化小；（3）節省有色金屬，造價低。缺點是：（1）電阻大，導電性能；（2）為非載流承力索，壓損和能耗高；（3）鋼承力索不耐腐蝕，使用時還要采取防腐措施。常用的規格型號有GJ-70、GJ-100等類型，其中，J表示絞線，G表示鋼材質，數字表示截面積（mm2）。

1.2 銅承力索

基于鋼承力索的缺點，研發的銅承力索，該承力索優點在于：（1）導電性能好，可作牽引電流的通道之一；（2）可與接觸線并聯供電，能夠降低壓損和能耗；（3）抗腐蝕性能好。缺點是：（1）消耗銅多，造價高；（2）機械強度低；（3）不能承受較大的張力，在溫度變化時馳度變化大。規格型號有TJ-70、TJ-120等幾種，其中，J表示絞線，T表示銅材質，數字表示截面積（mm2）。

1.3 銅鎂合金承力索

為了提高銅材質承力索的機械強度，研發的新型銅鎂合金承力索，該承力索優點在于：（1）工作溫度高；（2）載流能力強；（3）在高速、重載電氣化線路上有廣闊的應用前景。常用的規格型號有JTM-70（Mg含量為0.2%）、JTMH-120（Mg含量為0.5%）等類型，其中J表示絞線，TM表示銅鎂合金材質，數字表示截面積（mm2）。

2 承力索斷股、斷線的原因分析及危害

2.1 造成承力索斷股或斷線的原因

2.1.1 電氣原因造成承力索燒斷股或斷線。（1）電連接的狀態不良（如接觸不良或接觸載流面不夠）而引起；（2）如機車車輛放電、接觸線斷線接地、接觸懸掛或支持裝置、定位裝置零部件脫落，造成棒式或懸式絕緣子閃絡。使得接觸網對地短路放電使得承力索燒斷股或斷線；（3）在AT供電方式中，正饋線或保護線斷線，斷線部分與承力索碰撞或搭接，形成金屬性短路，造成承力索燒斷股或斷線；（4）接頭處的電連接狀態不良（如接觸不良、螺栓松動），造成接頭燒毀使承力索斷線；（5）由于隧道內滲、漏水結冰，造成接觸網對隧道壁短路放電使承力索燒斷股或斷線。

2.1.2 機械原因造成承力索磨斷股或拉斷線。（1）站場軟橫跨線岔、錨段關節、錨段式分相等處所，承力索在交叉位置常有互磨的現象，嚴重的則斷股、斷線；（2）補償裝置發生卡滯，承力索不能隨溫度的變化進行自由伸縮，造成拉斷股、斷線；（3）承力索散股后，由于各股受力不均而被拉斷股進而拉斷線。

2.1.3 腐蝕原因造成斷股后進而拉斷線。（1）在腐蝕因子較多的地段（如化工廠、沿海），因環境中存在著許多腐蝕性較強的物質。下雨水時，雨水中帶有強腐蝕性成分，對接觸網設備造成不同程度的侵害直至腐蝕。（2）在通風條件惡劣地段（如隧道內），潮濕導致接觸網設備和零部件銹蝕。

2.2 承力索斷股及斷線的危害

2.2.1 在機車受電弓作用下，接觸網低頻大幅度振動。承力索斷股后，已斷的股位置沿線路形成較長距離散股，產生的危害：（1）對機車車輛、附加懸掛短路放電燒損接觸網；（2）機車經過時，散股線打壞或纏繞住受電弓造成剮弓。

2.2.2 承力索斷線后，其危害：（1）承力索斷線的兩斷頭或兩斷頭之一，松弛至接觸線位置造成接觸網對地短路放電，燒傷、燒斷接觸線或燒損其他設備；（2）由于燒損或燒傷接觸網其他設備，造成事故擴大；（3）承力索斷線后，吊弦失去作用力，松弛到接觸線下部，會造成接觸網對機車車輛短路放電，擴大事故范圍危及人身安全，同時容易引起剮弓事故；（4）承力索斷線后，接觸線的不平順度和定位誤差系數急劇增大，導致在其他位置引起剮弓事故。

3 承力索最大斷股數的計算與校驗

為討論方便，作如下前提假設：

（1）絞線絞制均勻；（2）絞線無腐蝕、無損傷；（3）絞線無往復彎曲，造成疲勞，引起強度降低。本文以19股承力索的絞合形式為例，如圖1所示。

3.1 工程速算法

通過查閱國家鐵道行業相關標準，詳見參考文獻[1]，摘錄其中與文章討論有關的數據，如表1所示。依照參考文獻[2]的規定，引入“安全系數”概念，定義為安全系數=最小破斷拉力÷額定拉力。（1）承力索的強度安全系數，銅或銅合金絞線不應小于2.0。鋼絞線不應小于3.0；鋼芯鋁絞線、鋁包鋼和銅包鋼系列絞線不應小于2.5；（2）軟橫跨橫向承力索中的鋼絞線安全系數不小于4.0，定位索（3）供電線、加強線、正饋線、回流線等接觸網附加導線的強度安全系數不應小于2.5。

假設，某條高速鐵路上承力索的工作張力為21kN，采用JTMH-120型承力索，根據“承力索的強度安全系數，銅或銅合金絞線不應小于2.0”[2]，可知：

承力索的最小拉斷力Fdmin=額定拉力FN×安全系數K=21×2=42kN

查表1可知，JTMH-120型的絞線拉斷力FdN=67.57kN；則：endprint

富裕絞線拉斷力Fdf=FdN-Fdmin=67.57-42=25.57kN

因為，JTMH-120型是1×19股絞線，

說明，JTMH-120型承力索在斷股數小于7根時，可采取預絞絲接續條補強措施；若斷股數達到或超過7根時，依照參考文獻[3]所提出的技術標準，采用下列補強方案：

（1）承力索外圍將斷股單絲沿原有纏繞方向緊密纏繞復原；（2）安裝預絞絲接續條，先以承力索斷股處為中心，預絞絲中心正對承力索斷股位置；再分別向兩側均勻纏繞預絞絲接續條；（3）用同規格承力索補強：a.預制截取約7m同規格承力索做附加線；b.按圖2所示，先安裝一側承力索中錨線夾；c.另一側通過手板葫蘆對附加線施加1T（額定張力21kN×0.05）的張力后，安裝另一側承力索中錨線夾；d.承力索中錨線夾緊固力矩46N·m。

利用工程速算法經四舍五入取整后，得出接觸網常用的9類承力索最大斷股數，如表2所示：

但是，工程速算法中：（1）沒考慮承力索處于露天環境下，風、雨、雪等氣候條件對承力索線材性質的影響；（2）沒考慮承力索是否有接頭；（3）沒考慮承力索是否懸掛有分段絕緣器等質量集中的設備。（4）對上述三種因素的忽略，承力索線材受其影響，數據是否需要修正，我們不得而知。（5）利用工程速算法得出的承力索最大斷股數缺少數理解析的理論支撐。

3.2 數理解析校驗

由圖1可知，外層股數與內層股數的分布比例為12：7，故承力索的外層的12股絞線將承受全部拉力的63%。引入數學模型，并對線索工況及所處位置等因素對承力索最大斷股數確定的綜合影響加以考慮，詳見參考文獻[3]。滿足絞線的工作荷載計算值不得大于該絞線最小拉斷力數值的65%。運行狀態下最大允許拉伸應力的計算公式，如式1：

其中，？滓min為最小抗拉強度；ktemp為最大運行溫度和運行拉伸應力之間關系的系數，如表3所示；kwind、kice為表示風荷載和冰荷載作用的系數，如表4所示；keff為表示張力補償裝置特性的系數，一般取keff=0.95；kclamp為說明張拉線夾特性的系數。如果線夾可傳輸線索上標稱張力的95%以上時，此系數可取kclamp=1；kload為說明承力索上各種垂直作用力（如安裝了分段絕緣器），如果沒有垂直作用力，取kload=1；如果有垂直作用力，取kload=0.8。文章為求得唯一映射值，綜合線路各種情況，對kload系數取平均，即kload=0.9。

假設某條高速鐵路上的承力索的工作張力為21kN，采用JTMH-120型承力索，兩端自動補償，工作環境最高溫度為100℃，風速小于100km/h，存在覆冰現象。

查表1可知，JTMH-120型絞后單線抗拉強度為578MPa，單根直徑為2.8mm。故，工作狀態下最大允許拉伸應力為：

故JTMH-120型承力索最小工作根數為12根，最大斷股數為7根。參考表1所給參數，對表2中的數據進行校驗計算，所得數據一致。說明，基于工程速算法得出的承力索最大斷股數是可信、可用和可靠的。

在數理解析中，（1）將環境影響、線索工況及所處位置等主要因素納入計算，其綜合影響因子為0.9；（2）基于數理解析的保證，工程速算法不僅能確定承力索最大斷股數，還可以在確知某型絞線工作張力的前提下，參考其他附加導線（如保護線、正饋線等）的國家標準中所列的線型參數，可對其他附加導線的最大斷股數進行計算。

3.3 總結

考慮承力索：（1）絞線絞制不均勻；（2）絞線的腐蝕、損傷；（3）絞線的往復彎曲，造成疲勞，引起強度降低。參照表2所給數據，根據多年承力索的斷股補強、重接案例，歸納總結：

普速鐵路，（1）承力索斷1股，將斷股頭銼平后用同材質線綁扎；（2）承力索斷3股及以下時，進行機械補強；（3）承力索斷4股及以上時截斷重接。

高速鐵路，（1）承力索斷4股及以下時，進行預絞絲接續條補強；（2）承力索斷5股以上時，依照本文提出的維修方案進行補強。

4 結束語

文章從承力索分類入手，總結了承力索斷股、斷線的原因和危害，利用數理分析對工程速算法所得的JTMH-120承力索最大斷股數的數據進行校驗計算，驗證了運用工程速算法得出的電氣化鐵道中常用的9類承力索的最大斷股數是有效的。根據計算所得數據，顧及環境、工況等多方面的因素的影響，綜合多年普速鐵路承力索的斷股補強、重接案例，提出一種維修措施處理高鐵承力索斷股5根以上的情況，完善承力索斷股的維修措施，為今后接觸網檢修提供合理的指導。

參考文獻

[1]TB/To3111-2005.電氣化鐵道用銅及銅合金絞線[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2005.

[2]中華人民共和國鐵道部.接觸網運行檢修規程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路客運專線技術管理辦法（試行）（300-350km/h部分）[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[4]基布嶺.電氣化鐵道接觸網[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5]吉鵬霄，張桂林.電氣化鐵道接觸網（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2011.

[6]于萬聚.高速電氣化鐵道接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[7]刑尊軍.接觸網承力索磨損的措施研究[J].鐵道工程學報，2006，No.8（Ser.98）：85-87.

作者簡介：陳琦（1984，8-），男，福建福州，北京鐵路局北京供電段，助理工程師，從事接觸網運營與檢修工作。endprint

富裕絞線拉斷力Fdf=FdN-Fdmin=67.57-42=25.57kN

因為，JTMH-120型是1×19股絞線，

說明，JTMH-120型承力索在斷股數小于7根時，可采取預絞絲接續條補強措施；若斷股數達到或超過7根時，依照參考文獻[3]所提出的技術標準，采用下列補強方案：

（1）承力索外圍將斷股單絲沿原有纏繞方向緊密纏繞復原；（2）安裝預絞絲接續條，先以承力索斷股處為中心，預絞絲中心正對承力索斷股位置；再分別向兩側均勻纏繞預絞絲接續條；（3）用同規格承力索補強：a.預制截取約7m同規格承力索做附加線；b.按圖2所示，先安裝一側承力索中錨線夾；c.另一側通過手板葫蘆對附加線施加1T（額定張力21kN×0.05）的張力后，安裝另一側承力索中錨線夾；d.承力索中錨線夾緊固力矩46N·m。

利用工程速算法經四舍五入取整后，得出接觸網常用的9類承力索最大斷股數，如表2所示：

但是，工程速算法中：（1）沒考慮承力索處于露天環境下，風、雨、雪等氣候條件對承力索線材性質的影響；（2）沒考慮承力索是否有接頭；（3）沒考慮承力索是否懸掛有分段絕緣器等質量集中的設備。（4）對上述三種因素的忽略，承力索線材受其影響，數據是否需要修正，我們不得而知。（5）利用工程速算法得出的承力索最大斷股數缺少數理解析的理論支撐。

3.2 數理解析校驗

由圖1可知，外層股數與內層股數的分布比例為12：7，故承力索的外層的12股絞線將承受全部拉力的63%。引入數學模型，并對線索工況及所處位置等因素對承力索最大斷股數確定的綜合影響加以考慮，詳見參考文獻[3]。滿足絞線的工作荷載計算值不得大于該絞線最小拉斷力數值的65%。運行狀態下最大允許拉伸應力的計算公式，如式1：

其中，？滓min為最小抗拉強度；ktemp為最大運行溫度和運行拉伸應力之間關系的系數，如表3所示；kwind、kice為表示風荷載和冰荷載作用的系數，如表4所示；keff為表示張力補償裝置特性的系數，一般取keff=0.95；kclamp為說明張拉線夾特性的系數。如果線夾可傳輸線索上標稱張力的95%以上時，此系數可取kclamp=1；kload為說明承力索上各種垂直作用力（如安裝了分段絕緣器），如果沒有垂直作用力，取kload=1；如果有垂直作用力，取kload=0.8。文章為求得唯一映射值，綜合線路各種情況，對kload系數取平均，即kload=0.9。

假設某條高速鐵路上的承力索的工作張力為21kN，采用JTMH-120型承力索，兩端自動補償，工作環境最高溫度為100℃，風速小于100km/h，存在覆冰現象。

查表1可知，JTMH-120型絞后單線抗拉強度為578MPa，單根直徑為2.8mm。故，工作狀態下最大允許拉伸應力為：

故JTMH-120型承力索最小工作根數為12根，最大斷股數為7根。參考表1所給參數，對表2中的數據進行校驗計算，所得數據一致。說明，基于工程速算法得出的承力索最大斷股數是可信、可用和可靠的。

在數理解析中，（1）將環境影響、線索工況及所處位置等主要因素納入計算，其綜合影響因子為0.9；（2）基于數理解析的保證，工程速算法不僅能確定承力索最大斷股數，還可以在確知某型絞線工作張力的前提下，參考其他附加導線（如保護線、正饋線等）的國家標準中所列的線型參數，可對其他附加導線的最大斷股數進行計算。

3.3 總結

考慮承力索：（1）絞線絞制不均勻；（2）絞線的腐蝕、損傷；（3）絞線的往復彎曲，造成疲勞，引起強度降低。參照表2所給數據，根據多年承力索的斷股補強、重接案例，歸納總結：

普速鐵路，（1）承力索斷1股，將斷股頭銼平后用同材質線綁扎；（2）承力索斷3股及以下時，進行機械補強；（3）承力索斷4股及以上時截斷重接。

高速鐵路，（1）承力索斷4股及以下時，進行預絞絲接續條補強；（2）承力索斷5股以上時，依照本文提出的維修方案進行補強。

4 結束語

文章從承力索分類入手，總結了承力索斷股、斷線的原因和危害，利用數理分析對工程速算法所得的JTMH-120承力索最大斷股數的數據進行校驗計算，驗證了運用工程速算法得出的電氣化鐵道中常用的9類承力索的最大斷股數是有效的。根據計算所得數據，顧及環境、工況等多方面的因素的影響，綜合多年普速鐵路承力索的斷股補強、重接案例，提出一種維修措施處理高鐵承力索斷股5根以上的情況，完善承力索斷股的維修措施，為今后接觸網檢修提供合理的指導。

參考文獻

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[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路客運專線技術管理辦法（試行）（300-350km/h部分）[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[4]基布嶺.電氣化鐵道接觸網[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5]吉鵬霄，張桂林.電氣化鐵道接觸網（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2011.

[6]于萬聚.高速電氣化鐵道接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[7]刑尊軍.接觸網承力索磨損的措施研究[J].鐵道工程學報，2006，No.8（Ser.98）：85-87.

作者簡介：陳琦（1984，8-），男，福建福州，北京鐵路局北京供電段，助理工程師，從事接觸網運營與檢修工作。endprint

富裕絞線拉斷力Fdf=FdN-Fdmin=67.57-42=25.57kN

因為，JTMH-120型是1×19股絞線，

說明，JTMH-120型承力索在斷股數小于7根時，可采取預絞絲接續條補強措施；若斷股數達到或超過7根時，依照參考文獻[3]所提出的技術標準，采用下列補強方案：

（1）承力索外圍將斷股單絲沿原有纏繞方向緊密纏繞復原；（2）安裝預絞絲接續條，先以承力索斷股處為中心，預絞絲中心正對承力索斷股位置；再分別向兩側均勻纏繞預絞絲接續條；（3）用同規格承力索補強：a.預制截取約7m同規格承力索做附加線；b.按圖2所示，先安裝一側承力索中錨線夾；c.另一側通過手板葫蘆對附加線施加1T（額定張力21kN×0.05）的張力后，安裝另一側承力索中錨線夾；d.承力索中錨線夾緊固力矩46N·m。

利用工程速算法經四舍五入取整后，得出接觸網常用的9類承力索最大斷股數，如表2所示：

但是，工程速算法中：（1）沒考慮承力索處于露天環境下，風、雨、雪等氣候條件對承力索線材性質的影響；（2）沒考慮承力索是否有接頭；（3）沒考慮承力索是否懸掛有分段絕緣器等質量集中的設備。（4）對上述三種因素的忽略，承力索線材受其影響，數據是否需要修正，我們不得而知。（5）利用工程速算法得出的承力索最大斷股數缺少數理解析的理論支撐。

3.2 數理解析校驗

由圖1可知，外層股數與內層股數的分布比例為12：7，故承力索的外層的12股絞線將承受全部拉力的63%。引入數學模型，并對線索工況及所處位置等因素對承力索最大斷股數確定的綜合影響加以考慮，詳見參考文獻[3]。滿足絞線的工作荷載計算值不得大于該絞線最小拉斷力數值的65%。運行狀態下最大允許拉伸應力的計算公式，如式1：

其中，？滓min為最小抗拉強度；ktemp為最大運行溫度和運行拉伸應力之間關系的系數，如表3所示；kwind、kice為表示風荷載和冰荷載作用的系數，如表4所示；keff為表示張力補償裝置特性的系數，一般取keff=0.95；kclamp為說明張拉線夾特性的系數。如果線夾可傳輸線索上標稱張力的95%以上時，此系數可取kclamp=1；kload為說明承力索上各種垂直作用力（如安裝了分段絕緣器），如果沒有垂直作用力，取kload=1；如果有垂直作用力，取kload=0.8。文章為求得唯一映射值，綜合線路各種情況，對kload系數取平均，即kload=0.9。

假設某條高速鐵路上的承力索的工作張力為21kN，采用JTMH-120型承力索，兩端自動補償，工作環境最高溫度為100℃，風速小于100km/h，存在覆冰現象。

查表1可知，JTMH-120型絞后單線抗拉強度為578MPa，單根直徑為2.8mm。故，工作狀態下最大允許拉伸應力為：

故JTMH-120型承力索最小工作根數為12根，最大斷股數為7根。參考表1所給參數，對表2中的數據進行校驗計算，所得數據一致。說明，基于工程速算法得出的承力索最大斷股數是可信、可用和可靠的。

在數理解析中，（1）將環境影響、線索工況及所處位置等主要因素納入計算，其綜合影響因子為0.9；（2）基于數理解析的保證，工程速算法不僅能確定承力索最大斷股數，還可以在確知某型絞線工作張力的前提下，參考其他附加導線（如保護線、正饋線等）的國家標準中所列的線型參數，可對其他附加導線的最大斷股數進行計算。

3.3 總結

考慮承力索：（1）絞線絞制不均勻；（2）絞線的腐蝕、損傷；（3）絞線的往復彎曲，造成疲勞，引起強度降低。參照表2所給數據，根據多年承力索的斷股補強、重接案例，歸納總結：

普速鐵路，（1）承力索斷1股，將斷股頭銼平后用同材質線綁扎；（2）承力索斷3股及以下時，進行機械補強；（3）承力索斷4股及以上時截斷重接。

高速鐵路，（1）承力索斷4股及以下時，進行預絞絲接續條補強；（2）承力索斷5股以上時，依照本文提出的維修方案進行補強。

4 結束語

文章從承力索分類入手，總結了承力索斷股、斷線的原因和危害，利用數理分析對工程速算法所得的JTMH-120承力索最大斷股數的數據進行校驗計算，驗證了運用工程速算法得出的電氣化鐵道中常用的9類承力索的最大斷股數是有效的。根據計算所得數據，顧及環境、工況等多方面的因素的影響，綜合多年普速鐵路承力索的斷股補強、重接案例，提出一種維修措施處理高鐵承力索斷股5根以上的情況，完善承力索斷股的維修措施，為今后接觸網檢修提供合理的指導。

參考文獻

[1]TB/To3111-2005.電氣化鐵道用銅及銅合金絞線[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2005.

[2]中華人民共和國鐵道部.接觸網運行檢修規程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路客運專線技術管理辦法（試行）（300-350km/h部分）[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[4]基布嶺.電氣化鐵道接觸網[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5]吉鵬霄，張桂林.電氣化鐵道接觸網（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2011.

[6]于萬聚.高速電氣化鐵道接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[7]刑尊軍.接觸網承力索磨損的措施研究[J].鐵道工程學報，2006，No.8（Ser.98）：85-87.

作者簡介：陳琦（1984，8-），男，福建福州，北京鐵路局北京供電段，助理工程師，從事接觸網運營與檢修工作。endprint