高速鐵路接觸網整體吊弦斷裂原因分析及處理措施探討

陳兵楊

摘 要 中國高鐵運營里程達3.5萬公里，高鐵牽引供電系統運營維護安全備受矚目，整體吊弦斷裂是引發弓網故障的重要因素，給安全生產帶來極大的壓力。為此，我們要認真分析整體吊弦斷裂的原因，并采取相應的處理措施，確保高鐵運行安全，助力中國高鐵“走出去”。

關鍵詞 高鐵;整體吊弦;斷裂原因;處理措施

前言

截止2019年底，中國高鐵運營里程已達3.5萬公里，運營里程及速度均居世界第一，高鐵出行便利性深受大眾喜愛，高鐵成為中國對外展示科技實力最亮麗的名片，為國人驕傲，也是國家一帶一路重要服務產品。但正是因為高鐵運行速度快，發生故障或者事故后其后果也極為嚴重，如何確保高鐵運行安全一直是整個行業的研究課題。

“高鐵動車跑得快，全靠電來帶”。而高鐵動車獲得的持續穩定的電能均來自于受電弓與接觸網之間的高速滑動接觸取流;要獲得源源不斷的電能，需要接觸線與受電弓良好接觸，而接觸線是通過整體吊弦懸掛于承力索之上的，吊弦8-12米分布一根，由此可知中國高鐵線路上密布著近900萬根吊弦。高鐵運營速度時速高達250公里或350公里，整個系統處于露天，弓網之間很容易受惡劣氣象、外部環境等因素影響出現故障，弓網故障高發可以說是世界高鐵的軟肋。而整體吊弦斷裂是引發弓網故障的重要原因之一，對運輸秩序暢通帶來極大影響。為此我們有必要認真分析整體吊弦斷裂的原因，并采取相應的處理措施，確保高鐵運營安全。

1高鐵接觸網整體吊弦斷裂原因分析

（1）接觸網的平順性（吊弦點的高差、定位點的高差）對吊弦是否能全壽運行影響最大。檢測數據表明參數調整不達標尤其是接觸線高度超標對吊弦疲勞影響最大。吊弦不受力最容易斷裂，不受力意味著高頻劇烈振動，耐疲勞能力急劇下降。

（2）弓架次是否在設計使用次數內，這也是影響吊弦全壽命的關鍵。弓架次不等于振動次數，有試驗表明，通過一個弓接觸網要振動十幾次。

（3）電流（吊弦載流情況）對吊弦材料的金屬晶體的排列有影響，電腐蝕會影響吊弦的壽命，一般由設計進行校驗。高鐵運行下電流高達400A以上，吊弦線可以承受的持續載流量為72A，頻繁的短時電流會破壞吊弦線的晶體結構，發生疲勞。

（4）材質對吊弦壽命的影響。目前從實驗角度來看，材質的不同或者材料的工藝（淬火、保溫）等是可以提高吊弦的基本壽命時間的。

（5）壓接（制作）工藝原因。實驗表明環壓（橢圓壓）對吊弦線的損傷遠小于犬牙狀壓接。其中環壓方式損傷為4%，犬牙壓接方式損傷為17%，吊弦線在壓接處的金屬應力沒有犬牙壓接的大。由廠家零件圖可知早期高鐵吊弦壓接工藝均為犬牙狀壓接。

（6）單根吊弦所受負荷大小也影響吊弦的壽命，也就是一跨布幾根吊弦，接觸線的單位重量不同，吊弦的壽命也不同。試驗表明，同一跨內靠近跨中點的吊弦耐疲勞性比靠近定位點的整體吊弦要差。因此在同等制作安裝條件下、同等運行工況下，接觸網的日常維護和更換工作中，應重點加強對跨中位置的整體吊弦的維護保養。

（7）速度等級（弓網作用情況）對吊弦壽命的影響。時速200km、250km、350km速度等級下，接觸網的振幅、有效振動次數，隨著速度等級的增加而加劇，也會縮短吊弦的壽命。試驗表明，在低速情況下，靠近定位點的整體吊弦耐疲勞性比跨中整體吊弦要好，但是隨著車速的逐漸增大，靠近定位器的吊弦的疲勞壽命值急劇下降，但仍然比跨中整體吊弦耐疲勞性好;因此在低速度下，定位點整體吊弦耐疲勞性高于跨中整體吊弦，但在高速度下，定位點處整體吊弦耐疲勞性與跨中整體吊弦耐疲勞性已趨同。

（8）環境污染。吊弦固有壽命是由材質決定的，吊弦實際壽命是由工況決定的。在具有腐蝕性的大氣環境中，整體吊弦使用壽命遠比空氣潔凈大氣環境下壽命長。

2高鐵接觸網整體吊弦防斷應對策略

（1）更換強度更高耐疲勞性更好的吊弦，提高吊弦的固有壽命。早期上線運行的吊弦線線材鎂含量低，致使吊弦線強度低、韌性差，耐疲勞次數較低，在使用時易發生斷裂，應該說以前的吊弦的材質是沒法實現在300km速度等級下運行20～25年的壽命，應更換為含鎂量更高的耐疲勞性更高的吊弦線。

（2）把接觸網參數調整到標準狀態，這是實現全壽命管理的基礎，也是研究吊弦的材料能否滿足一個大修周期的基礎。通過廣鐵集團每月上線的6C檢測裝置檢測數據表明：接觸網各項設備參數調整在規定的誤差范圍內，整個弓網運行質量較好，大大降低了整體吊弦疲勞程度。

（3）改變壓接的方式，采用環壓方式整體吊弦替代犬牙狀壓接方式整體吊弦。使吊弦線與鉗壓管之間由三個正反交替點鉗壓的接觸變為面接觸，大大降低了壓接應力;更換壓接模具，使鉗壓管端部呈開口喇叭狀，吊弦在受電弓抬升不受力時吊弦線不會碰觸到鉗壓管端部，減少吊弦線受傷概率。同時，采用橢圓環狀壓接，因壓接原理是在壓接時鉗壓管向心部同時收縮，將絞線包緊，軸向受力均勻，所以吊弦線在壓接后無過大的應力集中點，滑動荷載較高且穩定（見圖1）。

（4）吊弦布置時，可以讓設計一個標準跨內多布置吊弦，減輕單根吊弦的工作荷載。布置數量最好是偶數根。

（5）適當增加電連接減少對整體吊弦的電腐蝕。

3結束語

目前吊弦折斷是個綜合性問題，是各種影響因素結合在一起的結果。由整體吊弦的運行工況、材料屬性等因素決定它的壽命[1]。要徹底解決這個問題，需要接觸網設計部門應提供吊弦的工況（振幅、受力與頻率）;零部件檢驗部門按工況檢驗吊弦的抗載荷能力;施工單位應確保接觸懸掛的施工精度;設備管理部門應確保接觸懸掛性能處于設計（或標準）狀態。

參考文獻

[1] 趙戈紅.淺談高鐵接觸網整體吊弦存在問題及解決措施[J].電氣化鐵道，2017，（4）：14-18.