重載鐵路接觸網關鍵技術方案應用

陳立國

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

我國的能源資源特點決定了煤炭在國內能源消費中長期占主導地位，一般以煤炭為主的礦產資源均通過重載鐵路進行運輸。在重載鐵路中接觸網屬于關鍵設備，可以影響重載鐵路行車速度與效率。若不針對重載鐵路接觸網技術方案研究特殊技術，將無法滿足大型貨物的運輸需求，基于此，需要對重載鐵路接觸網關鍵技術方案進行深入分析。

1 重載鐵路與接觸網的概念分析

1.1 重載鐵路概念

重載鐵路主要指貨運鐵路中的一種特殊鐵路，主要運輸目標是大型貨物，對車輛載重具有一定要求，鐵路與其他鐵路差異較大，具備大功率、大取流等特性。以大功率特性為例，重載鐵路在功率比正常鐵路高出一倍，如果重載鐵路與正常鐵路同樣均為六軸列車，重載鐵路功率可達14 000 kW，正常鐵路功率約為7 200 kW；如果同樣為八軸列車，重載鐵路功率可以達到19 000 kW，正常鐵路功率約為9 600 kW。

1.2 接觸網概念

接觸網為柔性架空接觸網，主要包括接觸懸掛、支持與定位、支柱、支柱基礎以及其他電氣輔助設備。其中，接觸懸掛是接觸線、承力索、吊弦及線夾等各類安裝于支持與定位裝置上的結構的總稱，主要作用是為機車提供電力；支持裝置主要有腕臂結構及軟橫跨結構，主要作用是將負荷傳遞到周圍建筑或支柱中；定位裝置主要對接觸網拉出值進行定位，以保證受電弓具有良好的受流條件；支柱及支柱基礎主要作用是承受接觸網設備的機械負荷，確保接觸網處于穩定狀態；其他電氣輔助設備包括附加導線，防雷、接地及回流等設施及設備。

2 重載鐵路接觸網應用意義與現狀

2.1 應用意義

接觸網對重載鐵路較為關鍵，如果沒有接觸網重載鐵路便無法繼續運輸貨物，社會各界將無法通過重載鐵路運輸礦石與煤炭等資源，各類企業發展速度會受到限制。接觸網運行狀況可以直接決定重載鐵路運輸效率與質量，如果接觸網可以保持良好狀態，可促使大型貨物及時抵達運輸地，避免各類企業由于運輸速度過慢導致一定損失。

2.2 應用現狀

目前，我國在重載鐵路方面已構成基礎網絡，可以將大部分地區涵蓋其中，最為著名的是包神-神朔-朔黃鐵路、大秦鐵路、蒙華鐵路。目前，重載鐵路中的接觸網依然存在各種問題，如在重載鐵路中應用的接觸網類型，已無法繼續為車輛運輸提供所需動力，這種問題會在后期發展中越發顯著。如今在重載鐵路中應用的接觸網腕臂底座有三種類型，整體效果處于區間位置的腕臂底座最不穩定，易導致弓網發生故障，處于隧道位置的腕臂底座會受到漏水問題的限制，一旦進入冬季會出現大面積結冰，導致接觸網頻繁出現短路情況。

3 重載鐵路接觸網關鍵技術方案

3.1 零件的選擇

接觸網在重載鐵路中需要承受諸多沖擊，如設備振動沖擊、寒冷溫度沖擊、粉塵污染沖擊、巨大承載量沖擊等。如果接觸網零件整體性能較差，會導致接觸網在大量沖擊下出現各種事故，導致重載鐵路無法正常運輸。因此，接觸網零件最好具備抗磨損、抗低溫、抗沖擊等性能，以下對接觸網中重要零件的類型選擇技術展開分析。

其一，電連接線夾。主要有螺栓與全壓接兩種類型，其中螺栓類型在安裝環節較為簡單，但具備大電阻特性；全壓接類型具備穩定、可靠、安全、小電阻等特點。在實際應用中對技術工藝有一定標準，可以滿足重載鐵路的大量電流，因此，可優選這種類型的電連接線夾。

其二，終端錨固線夾。這種零件主要有錐套與雙耳楔形兩種類型，其中雙耳楔形屬于鋼材，整體結構為鑄造技術，錐套類型材質有不銹鋼和鋁合金，整體結構為鍛造技術與加工技術。在重載鐵路實際需求上，可選擇錐套類型的終端錨固線夾。

其三，定位線夾。這種零件類型較多，如T形、有插銷以及無插銷等，其中T形定位線夾屬于鑄造技術，整體性能較差；有插銷類型可能會在長時間振動中出現斷裂情況。因此，為了避免在設備高強震動下出現位移問題，可選用無插銷類型的定位線夾，以保證接觸網線路足夠牢固。

其四，腕臂底座。這種零件可以根據技術工藝分成鍛造與鑄造兩種類型，其中鍛造類型主要材質為鋼材，正常使用型號是Q235A，如果在低溫狀態下可以使用Q345B型號；鍛造類型材質為中碳鑄鋼，具備一定強度、韌性以及硬度，但鑄造效果比低碳鋼材質差。在最終選擇零件類型時，可根據接觸網性能、制造成本與效率等多方面展開綜合判斷，優先選擇模鍛類型。

其五，補償裝置。這種零件需要根據重載鐵路特性進行選擇，由于重載鐵路運輸路線通常處于山區之間，對制動效果沒有過多需求，且由于運輸物品大多為礦石與煤炭，整條運輸線路上會遺留大量粉塵。因此，可選擇輪滑補償裝置，這種裝置具備密封結構與雙面軸承，在使用期間無須頻繁維護，能夠避免接觸網部分位置磨損過于嚴重，可保證重載鐵路穩定運輸。

3.2 規格與配置

在重載鐵路接觸網關鍵技術方案中，導線規格與張力配置均屬于主要環節，其中核心技術主要有以下幾點。

其一，導線截面。在重載鐵路中運輸貨物較重，因此，在對其展開牽引時，牽引電流與功率均會比正常鐵路牽引大，需要適當增加導線截面。可按照我國大部分重載鐵路接觸網運輸情況、供電信息、功率變化等條件展開分析，并將這些條件作為基礎模擬牽引方案，有關人員完成多次模擬后表示，可將重載鐵路的接觸網導線截面控制在150 mm2，選擇銅作為導線主要材質。

其二，懸掛種類。通過導線截面確定為150 mm2后，便可將此作為基礎對懸掛種類展開挑選，主要可以在彈性鏈與簡單鏈兩種懸掛種類中進行挑選。其中，彈性鏈種類較為簡單，但自身彈性較強，對重載鐵路無法提供顯著幫助；簡單鏈種類無須過多成本，在前期安裝、中期運行、后期維護等環節中較為方便。因此，在作用、成本以及性能等角度上，可選擇簡單鏈型懸掛。

其三，張力配置。將以上導線截面與懸掛種類作為基礎，可通過弓網模擬軟件對張力配置展開動態仿真，可得出三組配置情況，分別是15 kN+10 kN、15 kN+15 kN、15 kN+20 kN。為了確定張力的最終配置，可以在三組配置基礎上，對重載鐵路接觸網展開數據統計，可選取中間配置作為張力的最終配置。

3.3 電分相確定

在重載鐵路接觸網電分相中，主要有器件與關節兩種形式，如果在實際應用中無法確定適宜形式，會造成諸多困擾與限制。因此，以下對電分相兩種形式展開深入分析。

其一，器件形式的電分相。在大部分車型與升弓中均比較適用，如果重載鐵路在運輸中導致接觸網出現晃動時，會導致絕緣裝置遭到沖擊，電分相會無法穩定運轉，影響整個接觸網。這種不足對接觸網較為關鍵，但這種形式在安裝環節十分簡單，目前大部分重載鐵路大多處于山區中，運輸路線坡度較大，運輸速度基本會保持在勻速狀態，這種速度不會產生較大的晃動，可在重載鐵路接觸網中使用器件形式的電分相。

其二，關節形式的電分相。其具備兩斷口類型、三斷口類型兩種類型，在重載鐵路接觸網中實際效果存在差異。如果使用兩斷口類型的關節式電分相，應盡可能通過短分相技術方案進行落實。由于在重載鐵路中的車輛行駛較多，如果雙弓之間距離大于1 km，易導致車輛處于失點狀態，但通過短分相技術方案，可在雙弓之間安設高壓線路，且雙弓距離比電分相距離短，可保證重載鐵路車輛時刻處于電力充沛狀態。如果使用三斷口類型的關節式電分相，能夠保證重載鐵路車輛不會出現短路情況。由于其中蘊含三個斷口，即便雙弓間距離過遠，將在一瞬間導致三個斷口全部短路，可降低短路故障發生率。這種電分相安裝難度較大，在山區間安裝，會增加安裝難度，同樣也會增加檢修工作和維護工作的難度。

4 結語

綜上所述，在我國鐵路發展中，重載鐵路屬于重要的組成部分。在重載鐵路中接觸網屬于主要動力，目前我國在重載鐵路中應用接觸網時存在較多不足，需要對重載鐵路中的接觸網關鍵技術方案做好全面分析，針對其中零件的選擇、規劃與配置、電分相確定等方面進行有效優化，重載鐵路可在實際運輸中獲取更多動力，以滿足社會各界對礦石與煤炭的實際需求。