高速電氣化鐵路接觸線技術探究

摘 要：從高速鐵路接觸網的實施環境進行分析，我們可以看出其中的困難還是極具挑戰性的，由于其暴露于自然狀態下，往往容易受到外力、氣溫和天氣條件等因素的影響，最終的結果就是容易導致高速鐵路出現障礙和故障。目前為止，我國的高速電氣化鐵路接觸線技術已經得到了飛速的發展與進步，但是無論是使用材料、研制過程亦或是技術支持和保障，均未形成完善的體系和后臺系統。文章主要從全視角的角度探究了我國高速電氣化鐵路接觸線技術的應用和實踐，并提出了對于未來發展的現狀分析。

關鍵詞：高速電氣化鐵路；接觸線；技術探究

引言

接觸線也稱為電車線，是接觸網中重要的組成部分，一般制成兩側帶溝槽的圓柱狀。接觸線通過與電力機車上的電弓滑板滑動摩擦直接向電力機車輸送電流，其性能直接影響電力機車的受流質量和機車的安全運行。”[1]首先，從高速鐵路接觸網的實施環境進行分析，我們可以看出其中的困難還是極具挑戰性的，由于暴露于自然狀態，往往容易受到外力、氣溫和天氣條件等因素的影響，最終的結果就是容易導致高速鐵路出現障礙和故障。目前為止，我國的高速電氣化鐵路接觸線技術已經得到了飛速的發展與進步，但是無論是使用材料、研制過程亦或是技術支持和保障，均未形成完善的體系和后臺系統。文章主要從全視角的角度探究了我國高速電氣化鐵路接觸線技術的應運和實踐，并提出了對于未來發展的現狀分析。

1 電氣化高速鐵路接觸線性能特點

綜合分析國內外電氣化高速鐵路接觸線性能特點，我們將其歸納為以下幾個方面：其一，從力學角度出發進行分析，高速鐵路接觸線的承載力平均應當高于45KN；其二，從電力學角度入手，高速鐵路接觸線的特性必須在高電導率下呈現出自身的最佳性能；其三，高速鐵路進行作業時，往往具有高溫現象，因此較佳的高速鐵路接觸線必須具有耐高溫性的特點；其四，正如前文所說，由于接觸線的施工環境相對來說較為復雜，極易對接觸線造成損傷，因此必須提升高速鐵路接觸線的耐高溫性，并且有效抵擋來自外部環境中的腐蝕性損傷；其五，考慮到熱脹冷縮的原理，我們必須考慮到接觸線的穩定性；按照目前我國高速鐵路接觸線的發展狀況來說，接觸線總體呈現出多樣化、多性能、多材料的特點，并且各具特色，如果綜合分析這些接觸線的特點，對于我國電氣化高速鐵路接觸線的發展具有重要的意義。

2 高速鐵路接觸線

2.1 銀銅合金型接觸線

所謂銀銅合金型接觸線，換言之就是由銀銅和銅錫銀二者組合構成的接觸線，就目前我國銀銅合金型接觸線的技術而言，已經取得了較為突出的成果，并且在國際上也具有一定的影響力，但是在近幾年的實踐過程中我們發現，銀銅合金型接觸線的平直度技術需要得到進行一步的研究和提升，“賈淑果等探究了微量稀土對CU-0.1AG接觸線強度、硬度、導電性和耐高溫性等的影響。結果表明，微量稀土元素的加入可以提高銀銅接觸線的強度、硬度和耐熱性，強度達到470MP，相對于銀銅接觸線提高了73MPa；而對銀銅接觸線的導電性影響很小。”[2]

2.2 錫銅合金型接觸線

錫銅合金型接觸線由于他的較為特殊性，可以說是目前我國電氣化鐵路高速接觸網使用作為普遍的材料之一，和其他的接觸線使用材料一樣也是由不同的化學元素進行科學的合成，主要是銅、錫和鎂合金為主要元素。之所以在我國甚至是國外的電氣化鐵路接觸線絕大多數使用的是錫銅合金型接觸線，主要就是因為它不僅制作過程相對來說較為簡單，而且性價比較高，成本較低，便于高速的普及采用。“日本自1994年開始在東海道新干線和山陽新干線提速工程中采用新型銅錫合金接觸線，并于1997年首次實現了商業運行速度300km/h的目標。法國在速度為300-350km/h的接觸網中研制和試用的銅錫-120接觸線，常溫抗拉強度和電導率分別可達537.5MPa和70%IACS。”[2]而我國的錫銅合金型接觸線研制技術水平與國外電氣化鐵路接觸網技術相比還需要進一步的研制和提煉。

2.3 鉻鋯銅合金接觸線

鉻鋯銅合金接觸線也就是我們所說的CU-CR-ZR接觸線，它主要是從力學角度進行系統分析的，那我們單純從它的內部結構結晶溫度進行分析就會發現，與傳統的純銅相比較，鉻鋯銅合金的結晶溫度遠遠大于前者，換句話說，在極度高溫下，鉻鋯銅合金具有較高的抗高溫性，我們再分析鉻和鋯兩種稀有元素，在進行化學物化學作用的過程中，二者具有一個較為明顯的共性，那就是容易形成CR203和ZRO2兩種化學物，那它們的主要作用就在于幫助接觸線加強抗拉性，并且具有細化化學元素的作用，提升接觸線的質地密度。

3 新世紀高速鐵路接觸線

在20世紀90年代以前，我國電氣化鐵路所使用的接觸線絕大部分為復合接觸線，就此我們分析如下：

3.1 鋼鋁接觸線

傳統上所說的鋼鋁接觸線實際上主要是通過物力機械手段進行研制完成，即我們通常所說的GLCA-100/215。當然銅包鋼接觸線隨著高速接觸線技術的不斷發展和更新換代，也逐漸體現出他的弊端和隱患，主要表現在以下幾個方面：首先，由于在起初的物理壓力結合時，是將兩種物質進行外力的擠壓包裹，因此在進行高強度的運作時，極易出現物理分離，造成不必要的麻煩；其次，從化學元素角度進行分析，本身鋼和鋁兩種元素在具備了一定的環境和空氣條件的時候容易發生化學反映，最終將會導致化學腐蝕現象的發生；最后，由于存在擠壓結合接縫，根據大量的事實經驗，我們發現極易出現嚴重性斷裂問題。“我國改型生產的CGLN-250型鋁包鋼接觸線和日本研制開發的TA-196鋁包鋼接觸線，抗拉強度和電導率都較低，但由于截面積大，拉斷力分別為54KN和68.6KN，在準高速和高速接觸網中均可滿足拉斷力的要求。”[2]

3.2 銅包鋼接觸線

就銅包鋼接觸線而言，1987年日本通過一系列的接觸和研制，促成了銅包鋼接觸線的誕生，期間最為主要的研制方式便是熱浸涂法，最終分離出來兩種接觸線，第一種是GT-CS-110式銅包鋼接觸線，第二種是GT-CSD-110接觸線，最為關鍵的是這兩種線在使用中已經步入了電氣化鐵路高速模式當中，并且取得了較為理想的效果。[3]我們深入分析銅包鋼接觸線內部的構成材料成分發現，其中的銅復比恰好在科學值25%-86%之間，而這一數字區間所帶來的益處便是可以適配多種電流導線強度，均維持在安全的使用范圍當中。這只是日本目前取得的成就，換言之，在我國銅包鋼接觸線技術還有待發展，因此，一方面我們可以吸取日本的經驗過程，另一方面也可以結合我國接觸線的生產歷史和實際情況進行進一步的研制與開發。

參考文獻

[1]黃崇祺.輪軌高速電氣化鐵路接觸網用接觸線的研究中國鐵道科學[J].2001，22（1）：1.

[2]趙媛霞，劉平.高速電氣化鐵路接觸線的研究與應用[J].材料導報A：綜述篇，2012，2（26）.

[3]Hayashiya Hitoshi，Abe Yasuhisa，Mandai Tsuyoshi，et al.Basic characteristics of the contant wire breaking by the are between the contact wire and the pantograph[J].IEEE JTrans Ind Appl，2007，127（9）：927.