接觸網動態檢測綜合評價指標研究*

劉會平

(中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所， 北京 100081)

接觸網是高速鐵路動車組獲取電能的關鍵設備，因此其質量直接影響到受電弓的受流性能和安全性能，最終影響到列車的運營秩序，目前對接觸網采取了不同的方式進行檢測，檢測的參數包括接觸網幾何、平順性、受流性能等，這些參數的檢測數值為接觸網單項參數缺陷維修提供了數據支持，但在接觸網區段綜合評估方面還沒有一個有效的評估方法，無法對接觸網的綜合質量進行評價，根據我國高速鐵路接觸網系統的特點，目前迫切需要建立一套接觸網動態檢測綜合評價指標，以便對不同區段接觸網的優劣進行科學評估，為高鐵接觸網維護檢修和安全運營提供技術支撐。

1 接觸網動態檢測綜合評價指標研究

接觸網動態檢測綜合評價指標需要建立在對接觸網各種類型參數檢測基礎上，通過確定影響接觸網質量的參數，對各種檢測參數進行分類，分析其對接觸網質量的影響規律，提出不同參數如接觸力、硬點、燃弧、燃弧率、高差的合理評價方法。

目前，對接觸網的檢測和評價指標主要分為3類，第1類是對接觸網幾何參數進行評價，該指標是反映接觸線相對于軌平面的位置，幾何參數主要包括接觸線拉出值和接觸線高度，此類參數是影響接觸網安全性指標。第2類為接觸線平順性參數進行評價，該指標是對接觸網局部彈性不均勻或者有硬彎的位置進行評價，平順性參數主要包括硬點、沖擊、接觸網高差等。第3類為弓網受流性能參數指標，該指標通過帶有弓網檢測設備的動車組獲取，受流參數主要包括弓網接觸力、弓網燃弧等。該參數直接反應了弓網受流匹配性能。

接觸網動態檢測綜合評價指標是采用數學統計方法描述一個區段內接觸網整體質量狀態的綜合指標，是接觸網幾何參數、動態受流參數(接觸力、燃弧、接觸網抬升量)及接觸網不平順參數(接觸網高差、硬點)依據一定的統計方式進行綜合分析，該值的大小與接觸網質量狀態密切相關，其能綜合評價接觸網整體質量，提高接觸網維修的科學性、經濟性、合理性。

接觸網動態檢測綜合評價是屬于多指標(或多因素)的綜合評價問題，要通過建立合適的綜合評價數學模型將多個評價指標綜合成為一個整體的綜合評價指標，作為綜合評價的依據，從而得到相應的評價結果。為方便計算，一般采用一個跨距為統計步長，1正線公里為評價單位進行，根據多種參數在評價單位內測量值與標準對比后根據所處的缺陷等級進行分類，然后根據不同參數在所處缺陷等級的扣分標準來計算該公里總體得分情況，每種參數均設置一級超限和二級超限2種閾值。一級缺陷根據對接觸網系統的影響程度扣5分～40分不等，二級缺陷根據對接觸網系統的影響程度扣1分至5分不等。通過得分來評價其整體質量(總分按照100分計算)。綜合評價一般以檢測的一段區間線路為評價單元，在此區間內按照每公里得分數考核接觸網動態質量，根據得分分數分為優良、合格、不合格3類。總得分設為Q，Q≥90為優良，60≤Q<90為合格，Q<60為不合格。

區段某參數1公里按照一個跨距進行測量的統計值為(N1,N2……Nn)根據其與標準比較后定義相應的缺陷等級，不同缺陷等級定義相對應的扣分權重系數(K1,K2……Kn)，通過累計扣分情況則可以反應該參數在該段的整體扣分情況。通過該區段內所獲取得分數，可以計算出區段內優良、合格和不合格比率，進而全面掌握區段內接觸網質量。

根據現有對接觸網幾何參數、平順性參數和受流參數的評價標準，分別研究其各參數在綜合評價指標中缺陷等級及扣分標準。

(1)接觸網幾何參數評價指標評價標準

接觸網幾何參數，主要包括接觸線高度、拉出值，該參數應符合設計要求或相關技術標準的規定，尤其是拉出值，由于其直接影響到弓網運行安全，對于≥550 mm的拉出值，則定義為一級缺陷，扣40分，高度根據線路不通在其標準值基礎上，對大于或小于標準值的幅值不同分別扣1分或5分。根據接觸網評價指標設定的接觸網幾何參數扣分標準如表1。

表1 接觸網幾何參數扣分標準

(2)接觸線平順性參數

接觸線平順性參數主要包括硬點(垂向加速度)和一個跨距內接觸線高差，根據接觸網平順性檢測標準可以看出，硬點指標與速度有相關性，不同速度等級的限值指標不同，加速度值能準確的反應接觸網的平順性和接觸網質量缺陷處。由于接觸網的設計特點，在線叉、錨段關節和吊弦等處硬點值相對較大。圖1為區段硬點波形。

圖1 硬點統計波形圖

圖中紅色虛線為硬點超限界限，紅色橢圓標示為超限點峰值。由圖中紅色橢圓標出超限點峰值為950 m/s2的超限點，并且多次經過此處均出現超限點，因此確定其產生原因為接觸網導線本身的缺陷造成的超限，經過復核確認該超限點是由于錨段關節處受電弓在滑動過程中收到的強烈沖擊造成，同時產生大的燃弧現象，對于此類缺陷可以定義為一級缺陷，扣分標準權重設為5分，由于硬點和速度有強相關性，因此針對速度250 km/h和速度350 km/h速度等級線路分別設置一級和二級缺陷，一級缺陷扣分標準設為5分，二級缺陷設為1分。一跨內高差超限2A≥150 mm設置為一級缺陷，扣分標準為5分，100 mm≤一跨內高差超限2A<150 mm，扣分標準為1分。具體評價標準如表2。

表2 接觸線平順性參數扣分標準

(3)弓網受流參數

弓網受流參數包括弓網動態接觸力、燃弧、接觸線動態抬升量等，弓網接觸力是影響弓網受流性能的最直接因素。圖2為區段內動態接觸力波形。

圖2中用紅色橢圓標出位置為最大接觸力突變產生尖峰情況，最大接觸力值為206 N，該突變的接觸力最大值直接對接觸網的整體質量產生影響，根據接觸力的相關標準和速度等級分別定義速度250 km/h和速度350 km/h弓網接觸力一級和二級缺陷。根據國內標準，弓網接觸力最小值不小于20 N，因此弓網最小接觸力Fmin<20 N定義為二級缺陷，扣分標準為5分，20 N≤弓網最小接觸力Fmin<40 N定義為二級缺陷，扣分標準為1分。弓網接觸力具體扣分標準見表3。

圖2 動態接觸力波形圖

燃弧包括統計最大燃弧時間、燃弧次數和計算燃弧率。燃弧發生在接觸網與受電弓滑板接觸與非接觸瞬間，產生的原因包括弓網振動不匹配、接觸導線不平順、導線本身的彈性不均勻和施工過程造成接觸導線吊弦點處高度不平和產生導線波浪彎等方面。燃弧的產生對接觸網、受電弓滑板產生不利影響，造成導線燒傷、滑板磨耗加劇，并且對周圍環境產生電磁輻射，干擾沿線其他電器設備，同時造成弓網受流質量下降等。圖3為典型區段燃弧數據波形。

圖中用紅色橢圓標出一次最大燃弧時間超過100 ms的位置，峰值為165 ms。該超限處的燃弧會對接觸網導線和受電弓滑板產生磨耗，同時形成多次空氣擊穿對周圍的運行設備和檢測設備造成干擾。根據燃弧的相關標準，對超限值均定義為一級缺陷，扣分標準為5分，小于超限值但是對弓網受流性能還有一定影響的定義為二級缺陷，扣分標準為1分。燃弧具體扣分標準見表3。

圖3 典型區段燃弧波形

接觸線抬升量標準限值為120 mm，超出該值定義為一級缺陷，扣分標準為5分，根據聯調聯試結果，接觸線動態抬升量大部分在80 mm以下，80 mm≤接觸線抬升量ΔH<120 mm定義為二級缺陷，扣分標準為1分。接觸線抬升量具體扣分標準見表3。

表3 弓網受流參數扣分標準

2 綜合評價指標在線路試驗中的應用

接觸網動態綜合評價指標是接觸網性能的綜合評價指標，該指標能夠反映接觸網整體的質量水平，對新線聯調聯試和既有線日常巡檢中對線路維修維護提供依據。下面通過接觸網動態檢測綜合評價指標在高鐵線路上應用情況進行分析研究。

選取國內某條高鐵一個區段的下行線接觸網檢測數據進行分析評價，分析評價的參數包括幾何參數，平順性參數和受流參數3類。按照各參數的評價標準，對區段內每公里接觸網檢測參數進行綜合評價，區段內接觸網質量綜合評價扣分圖如圖4所示。

圖4 上行線接觸網質量評價扣分圖(精修前)

通過分析可以看出，區段大部分接觸網綜合評價扣分數小于10分，達到優良標準，個別處有不合格現象，扣分數達到60多分，經過對原始評價數據分析，大部分扣分項目均為燃弧次數及燃弧超限，經過現場復核，不合格區段接觸線存在連續波浪彎，該狀態直接導致檢測受電弓通過時出現大量燃弧，經過調試期間施工單位的維修和精細調整，區段內接觸網燃弧消除，區段內接觸網質量綜合評價扣分圖如圖5所示。從圖5中可以看出，經過調整維修過的區段內無接觸網綜合檢測評價不合格處，均達到了優良標準。

圖5 上行線接觸網質量評價扣分圖(精修后)

3 結 論

在研究接觸網各種類型檢測參數基礎上，對各種檢測參數進行分類，分析其對接觸網質量的影響規律，提出不同參數如接觸力、硬點、燃弧、燃弧率、高差的合理評價和扣分方法，形成接觸網動態檢測綜合評價指標并通過高鐵檢測數據驗證，該評價指標能夠反映接觸網整體質量水平，能作為評定接觸網線路質量的標準。

[1] 鐵總運[2015]362號高速鐵路接觸網運行維修規則[S].

[2] 朝通新.高速鐵路供電設備修程修制優化研究2016Y字第4651號[R].北京：中國鐵道科學研究院機車車輛研究所.