京廣擴能工程接觸網錨段關節結構優化

吳昊

摘 要：對京廣擴能工程中鄭州北站既有的錨段關節的特點進行分析，提出改進方案。通過論證后指出對既有關節進行稍加改造后便可提高線路穩定性，滿足繁忙站場運輸需要。

關鍵詞：接觸網;錨段關節;鐵路

在我國電氣化鐵路的接觸網設計中，錨段布置長度根據現場情況各不相同，錨段兩頭通過下錨補償裝置使接觸線和承力索可以隨溫度變化自由伸縮，以保持其張力恒定。而在兩個錨段的過渡區域需要設置一段重疊區，以保證受電弓的平順運行，該重疊區稱之為錨段關節。按其電氣是否連接可以分為“非絕緣錨段關節”與“絕緣錨段關節”，根據其跨數可以分為3跨、4跨、5跨、7跨等錨段關節，在中國使用最為廣泛的時3跨和4跨錨段關節。鄭州北站是亞洲最大的編組站，每天都有繁忙的貨運運輸，然而既有未經改造的“三跨”絕緣錨段關節弓網關系存在缺陷，在京廣線擴能改造之際，從功能性、安全性、改造成本等方面考慮，探討既有錨段關節改造的可行性。

1 關于錨段關節的選用條件

對于各種形式的接觸網來說錨段關節部位都是容易產生硬點的部位。在硬點部位容易出現磨損嚴重、產生電弧及瞬時過大接觸壓力等情況，所以，需要優化錨段關節處的接觸網彈性，使這些部位的最大正壓力與其他工作點的壓力值保持順滑平穩。而改進方案主要通過增加接觸線的張力使錨段關節處彈性降低，或者縮短錨段關節處每跨的間距來縮小懸掛點的彎矩。

1.1 錨段關節的選用條件

（1）錨段關節的跨距數。既有的3跨式錨段關節中，兩錨段是在中間跨進行過渡的。電力機車在低速行駛時至兩轉換柱之間時，受電弓將同時與兩條接觸線相接觸，并滑過約1/3跨距的距離。所以非工作支的接觸線在兩個轉換柱處需要分別抬高約500毫米。但是如果將跨距縮短并且將接觸線張力提高那么受電弓同時接觸兩條接觸線的距離將達不到1/3跨距的要求，因而如若要提高錨段關節的穩定性則必須增加跨數，使其大于三個跨距。

而四跨式錨段關節，受電弓同時與兩條接觸線接觸的區域僅為一個懸掛點，并且兩條接觸線懸掛等高，容易造成懸掛負載集中。使此處懸掛點產生較高的正壓力，在受電弓長期運行時容易使該處加速磨損。

（2）錨段關節抗風性。檢驗承導線結構的抗風性的關鍵在于，驗證承導線在大風天氣下的動態包絡線是否滿足弓網關系，確保其滿足正常工作狀態。在強風下偏移時的運行狀態也直接關系到承導線供電穩定性以及弓網的取流。在風向與承導線越接近垂直時，承導線所收的風力也最大。根據準靜態空氣動力學方法。

式中C為載體系數，A為結構迎風面積（m2），ρ為空氣密度（kg/m3）。

然而風載并不是平均的，需要考慮脈動風對其影響。脈動風的風速V（t）為：

式中，U 為平均風速，v（t）為脈動風速。瞬時風壓為：

由公式可以看出接觸線越粗，其受風面積越大。但隨著截面積增大，線索的結構剛度也會變大，故線索的直徑粗細對承導線抗風性影響效果不明顯。然而通過增加承力索初始張力，可以使結構防風性增強[1]。

1.2 錨段關節跨距長度

要提高錨段關節的安全性穩定性，需要增加錨段關節的跨數，如今廣泛應用的是4跨錨段關節。如果利用現有支柱，保持既有支柱布局則需要延錨，就會造成既有支柱負荷大大增加降低了運行的安全性。并且延錨會使導線的接頭數量變多，使運行的可靠性反而更低。同時也使得工程成本大大增加。

鄭州北站上直通場1錨段與3錨段的錨段關節跨距為65米，如若利用本次擴能改造，在更換舊支柱的同時增加1根新支柱，可以將舊3跨改為4跨，每跨僅為49米，不但縮短了跨距，也增強其抗風性。

2 關節處的導高與拉出值

2.1 關節處的導高

跨距在55米以內的3跨錨段關節和4跨錨段關節，接觸線非支抬高均為500毫米。跨距在55米以上時，非工作支的抬高為600毫米。而京廣擴能改造工程設計的，絕緣錨段關節或非絕緣錨段關節的轉換柱處接觸線非支抬高均為500毫米。

2.2 關節處的拉出值

非支接觸線在轉換柱的拉出值控制在不超過在400毫米，以使得每個定位器均保持在受拉狀態。

2.3 分析

（1）3跨關節：

圖1中，每個轉換柱非工作支接觸線抬高為500毫米，工作支的拉出值為200毫米而非工作支的拉出值700毫米，假設受電弓在運行中抬升100毫米，則在兩轉換柱間受電弓將同時接觸兩條接觸線，而非制的接觸線拉出值有可能達到500毫米，如若再考慮到有風情況下風偏200毫米，使得非支拉出值偏大，會導致受電弓鉆入非支。而在本次擴能改造工程中，為減小轉換柱間的接觸線斜率，把原瓷絕緣子換成了體積更小的復合絕緣子，使得抬高量更小，很容易造成非工作支的鉆弓。

為保證錨段關節處工作支與非工作支運行順滑，需要使過渡區域的接觸線等高，或者在交叉點略微抬高。在受電弓運行中，出現了硬點，容易造成打弓或拉弧的情況。

（2）4跨錨段關節。本次擴能改造采用的4跨絕緣錨段關節的平面圖見圖2。圖2中ZF1、ZF2轉換柱處，非工作支抬高為500毫米，接觸線是在ZF1、ZF2間過渡。能夠使得電力機車在錨段關節處運行不會鉆入非支。

2.4 小結

將既有的3跨絕緣關節改為4跨絕緣關節，并通過調整跨距、轉換柱處拉出值、接觸線高度、風偏等，使受電弓運行可靠性大大增加，避免受電弓鉆入非工作支。

3 結束語

錨段關節的弓網特性影響著列車的安全運行，通過調整接觸線高度、跨距與拉出值的布置方式即可提高安全運行條件，并且將3跨改為4跨錨段關節只需稍加改造，在不過多增加成本的基礎上即可滿足大運量站場的需要，性價比十分優越。

參考文獻：

[1]王迎波.四跨絕緣錨段關節風振相應影響分析[D].西南交通大學，2012.