接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生原因及如何減少硬點的建議

張秀秀 趙明學(xué)

摘要：接觸網(wǎng)硬點的產(chǎn)生會導(dǎo)致電力機(jī)車不能穩(wěn)定取流進(jìn)而影響機(jī)車的安全運行，同時會造成電力機(jī)車和弓網(wǎng)的使用壽命縮短，消除接觸網(wǎng)硬點的產(chǎn)生對電氣化鐵路有著重大的現(xiàn)實意義。在對接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生的原因及其危害進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了減少硬點產(chǎn)生的建議。主要從接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、提升施工質(zhì)量及檢修效率等一些重要方面對接觸網(wǎng)的改進(jìn)提出相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；硬點；電力機(jī)車；措施

引言

由于電力機(jī)車具有高效、快捷等的優(yōu)勢而在運輸市場中具備較強(qiáng)的競爭實力，其應(yīng)用范圍也在日益擴(kuò)大。隨著電力機(jī)車運行速度的不斷提升，對弓網(wǎng)關(guān)系的要求也更加嚴(yán)格，因弓網(wǎng)關(guān)系在很大程度上限制了國內(nèi)電力機(jī)車的發(fā)展而備受關(guān)注。提高電氣化鐵路接觸網(wǎng)的整體質(zhì)量，為弓網(wǎng)創(chuàng)建優(yōu)越的環(huán)境對于電力機(jī)車的安全高速運行至關(guān)重要。當(dāng)電氣化鐵路的弓網(wǎng)系統(tǒng)處在理想運行狀態(tài)下時，受電弓與接觸網(wǎng)間的接觸壓力不變，受電弓將沿接觸線均勻行駛，使得電力機(jī)車能夠持續(xù)獲取穩(wěn)定的電能。但是受到各種因素的制約，現(xiàn)實狀態(tài)下的接觸壓力并非恒定不變，而是時刻處于動態(tài)變化中。接觸網(wǎng)硬點的產(chǎn)生對電力機(jī)車的穩(wěn)定取流及正常運行具有直接影響，極易導(dǎo)致接觸導(dǎo)線與機(jī)車受電弓發(fā)生機(jī)械磨損、化學(xué)燒傷及沖擊力過大，甚至?xí)斐纱蚬⒔佑|網(wǎng)斷線而引起弓網(wǎng)事故，使列車不能正常運行。硬點出現(xiàn)后，不僅導(dǎo)致重要部位的耗損，還使硬點位置處出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，嚴(yán)重縮短弓網(wǎng)壽命。所以，如何減少接觸網(wǎng)硬點，確保受電弓和接觸網(wǎng)間的可靠接觸早已成為鐵路行業(yè)研究者們考慮的重要問題。同時，對產(chǎn)生硬點的原因進(jìn)行分析并提出防治措施是確保弓網(wǎng)關(guān)系處于良好狀態(tài)的重要途徑。

1.接觸網(wǎng)硬點

在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是用于受電弓穩(wěn)定取流的一種特殊的高壓供電線，其任務(wù)主要是對電力機(jī)車進(jìn)行持續(xù)供電。在電力機(jī)車行駛過程中，受電弓與接觸導(dǎo)線間產(chǎn)生滑動摩擦，只有在弓網(wǎng)間保持穩(wěn)定的接觸壓力，才能夠正常取流。因為接觸懸架并非鋼性固定，而是具有一定的彈性，因此接觸網(wǎng)與受電弓間的接觸壓力也處于動態(tài)變化中，當(dāng)這種非線性變化達(dá)到一定程度時就稱為硬點。硬點來源于結(jié)構(gòu)上的固有缺陷，同時具有相對性。機(jī)車運行速度越高，表現(xiàn)越是突出。當(dāng)前對硬點的檢測一般采用將加速度或壓力類傳感器安裝到受電弓上測得，對接觸網(wǎng)硬點進(jìn)行準(zhǔn)確有效的評價是關(guān)系到電氣化鐵路提速的關(guān)鍵因素。

2.硬點產(chǎn)生的危害

接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生的不良影響主要為：使處于高速運行狀態(tài)的電力機(jī)車不能取得穩(wěn)定的電能，受電弓發(fā)生異常的升高或降低，加速了弓網(wǎng)間的機(jī)械損耗，甚至使受電弓遭到破壞，同時在發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的拉弧容易燒傷接觸導(dǎo)線及受電弓。總的來說，硬點帶來的危害分為物理、化學(xué)傷害兩個方面。

2.1 物理危害

從物理角度來說，硬點的產(chǎn)生導(dǎo)致接觸導(dǎo)線及受電弓的擦傷、碰傷及變形，在機(jī)車長期運行中，損傷后的受電弓容易造成接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷開而不能持續(xù)供電，從而使列車無法正常行駛。

2.2 化學(xué)危害

硬點對弓網(wǎng)帶來的化學(xué)傷害通常是指弓網(wǎng)在離線時出現(xiàn)的高溫電弧帶來的受電弓及接觸網(wǎng)的燒熔、灼傷等，持續(xù)時間過久，則會使接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷開，導(dǎo)致事故范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。弓網(wǎng)離線發(fā)生的主要原因便是硬點的產(chǎn)生，離線會產(chǎn)生較大的電弧，給牽引電機(jī)、受電弓、接觸網(wǎng)及整個供電系統(tǒng)帶來危害。因為接觸網(wǎng)導(dǎo)線上存在有硬點，所檢測到的加速度參數(shù)較小時導(dǎo)致接觸網(wǎng)與受電弓間不能良好接觸，該參數(shù)較大時則引起離線，此時產(chǎn)生的電弧達(dá)到某種程度就會對弓網(wǎng)產(chǎn)生破壞。表現(xiàn)在受電弓上主要是弓頭發(fā)生汽化、點蝕失效，表現(xiàn)在接觸導(dǎo)線上則可能發(fā)生點蝕、汽化甚至高溫退火。此外，所產(chǎn)生的高溫電弧會給周圍環(huán)境帶來強(qiáng)烈的電磁波而干擾正常通信。

3.硬點檢測

電力機(jī)車在運行過程中應(yīng)該實時完成各項重要參數(shù)的檢測以提早找出隱患所在，確保接觸懸掛時刻工作在正常狀態(tài)，這樣方能保證弓網(wǎng)間的穩(wěn)定接觸和可靠取流。硬點的檢測主要有基于加速度傳感器的檢測、基于壓力傳感器的檢測兩種方式，前者在我國應(yīng)用較為廣泛。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，采用領(lǐng)先技術(shù)制造的檢測車按照列車車速運行進(jìn)行硬點檢測，并將測得數(shù)據(jù)傳送至電腦經(jīng)數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)果。對接觸網(wǎng)硬點進(jìn)行檢測與電力機(jī)車的安全運行和速度提升關(guān)系密切，所以確保弓網(wǎng)穩(wěn)定接觸對于整個系統(tǒng)來說都是有益的。

4.硬點形成原因

4.1施工原因

4.1.1進(jìn)行現(xiàn)場施工時，接觸導(dǎo)線的架設(shè)過程通常按照小張力放線方法完成。因為缺少重要的張力參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)這一理論指導(dǎo)，使得穩(wěn)定性降低，架設(shè)接觸導(dǎo)線后形成的張力分布更為不均，尤其是進(jìn)行起錨、拋錨時要再次緊線、松線，導(dǎo)致張力不均勻性加劇，更容易造成接觸線受外力影響發(fā)生扭曲等變形，從而形成硬點。

4.1.2在架設(shè)好接觸導(dǎo)線和承力索之后，因各種原因未能及時將固定裝置安裝到兩者間進(jìn)行定位。再者，通常使用的臨時吊線并未按照統(tǒng)一的制作及安裝標(biāo)準(zhǔn)，使得現(xiàn)場施工時選用的臨時吊線在長度上有很大差別，對于長度較短的情況，其懸吊點會由于長期承受較重載荷而形成硬點。

4.1.3現(xiàn)場施工過程中對接觸網(wǎng)導(dǎo)線進(jìn)行踩踏、用力拉扯等隨意性較大的作業(yè)，這種不規(guī)范性會導(dǎo)致線面未能平直放置，因硬彎硬扭而形成硬點。

4.2 設(shè)計原因

在設(shè)計過程中，因定位器、分線接頭、分段接頭、電連接等處載荷較為集中，導(dǎo)致接觸網(wǎng)的彈性減小而形成硬點。接觸網(wǎng)導(dǎo)線在不少位置存在較大坡度且變化程度明顯，容易形成沖擊硬點。

4.3 材質(zhì)原因

由于接觸導(dǎo)線在生產(chǎn)制造時，選用的金屬材料材質(zhì)不同，金相組織并未均勻分布，使接觸線不同位置處剛度及平順性變化明顯。當(dāng)承受一定的張力后，極易遭受沖擊，使得受電弓與接觸網(wǎng)間的接觸壓力瞬時出現(xiàn)明顯變化，從而產(chǎn)生硬點。

4.4 線路原因

線路問題同樣是造成弓網(wǎng)間接觸壓力發(fā)生突變的重要原因，尤其對于高速運行的列車，線路質(zhì)量的影響更大。比如道床振動的固有周期及彈性因子等。此外，部分工務(wù)部門與供電部門溝通不暢，擅自進(jìn)行的各種作業(yè)，導(dǎo)致軌面、側(cè)面限界等超出許用范圍，引起接觸網(wǎng)導(dǎo)線拉出及高度超出規(guī)定值而形成硬點。

4.5 檢修原因

供電部門進(jìn)行接觸網(wǎng)重要零部件的制造安裝時，因工具選擇錯誤、安裝布置不精細(xì)或省略部分制作工藝等而使新生產(chǎn)的導(dǎo)線及分相接頭底部出現(xiàn)偏斜而形成硬點。在日常簡單的維修工作中，檢修工作者未能嚴(yán)格要求自己，督導(dǎo)工作不到位，致使檢修之后的線面不平整、高度不平順，或重要參數(shù)未調(diào)整至正確位置，這也是造成接觸網(wǎng)硬點產(chǎn)生的原因。

4.6 受電弓結(jié)構(gòu)特性

電氣化鐵路部門的機(jī)車受電弓的固定方式是通過三角支架固定到車頂?shù)模q鏈連接處的鋼性大，彈性較差，是硬點形成的因素。在機(jī)車頻繁啟動升降弓處、進(jìn)出庫檢修機(jī)車等處，因司機(jī)未正確操作、受電弓在接觸處的壓力不能達(dá)到要求等都會導(dǎo)致硬點的產(chǎn)生。

除以上因素及機(jī)車運行速度、加速度之外，線路路基，尤其是隧道口、軌道連接處、橋頭等處容易導(dǎo)致電力機(jī)車晃動而產(chǎn)生間接硬點。

5.減少硬點的建議

根據(jù)當(dāng)前我國電氣化鐵路采用的弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場運行情況來看，完全消除硬點基本是不可能實現(xiàn)的，只有盡量減少接觸網(wǎng)硬點的產(chǎn)生，以下是進(jìn)行硬點防范及整治的幾項建議。

5.1 優(yōu)化接觸網(wǎng)設(shè)計

進(jìn)行接觸網(wǎng)設(shè)計時，考慮到結(jié)構(gòu)上的特殊性，要綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料使用及現(xiàn)場環(huán)境等多個方面進(jìn)行合理優(yōu)化，選用結(jié)構(gòu)最具穩(wěn)定性、材料輕型化的方案，最大程度的避免集中載荷的出現(xiàn)，盡量降低接觸網(wǎng)剛度，從而在根本上減少因接觸網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)產(chǎn)生硬點。

5.2 提高施工質(zhì)量

進(jìn)行接觸網(wǎng)施工時，要嚴(yán)格依照設(shè)計的工藝流程及技術(shù)要求逐項規(guī)范施工，盡可能將接觸導(dǎo)線放置平直，防止硬彎硬扭。同時，要盡可能少用器件式分段及分相，而用錨段關(guān)節(jié)式電分段及電分相。架設(shè)接觸導(dǎo)線時，運用高科技電子監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行恒張力放線，及時將吊線安裝到導(dǎo)線上以使導(dǎo)線平順。禁止操作人員踐踏或者破壞導(dǎo)線，從而減小硬點的形成。

5.3 確保維護(hù)、檢修質(zhì)量

受電后的接觸網(wǎng)由供電部門接管，主要任務(wù)就是進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)及檢修。因此，供電部門必須按相關(guān)的技術(shù)資料對各項運行設(shè)備進(jìn)行定期、可靠、標(biāo)準(zhǔn)的保養(yǎng)及維修。

6.結(jié)束語

電氣化鐵路近年來發(fā)展迅速，對接觸網(wǎng)的要求更加嚴(yán)格。接觸導(dǎo)線上硬點的成因非常復(fù)雜，對整個鐵路系統(tǒng)的安全有極大的危害，必須在各個環(huán)節(jié)上盡量減少硬點的產(chǎn)生。優(yōu)化接觸網(wǎng)設(shè)計、選擇輕型材料、嚴(yán)格按照生產(chǎn)及施工工藝完成每個環(huán)節(jié)及確保安裝質(zhì)量都不可忽視，在后期的運行維護(hù)過程中還要提高維修工作者的綜合素質(zhì)，如此才可以盡量減少硬點的產(chǎn)生，為列車提供良好的運行環(huán)境。

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