高速鐵路接觸網CDI超標整治研究

張琪

摘要：結合某高鐵線路2021年3月至8月期間接觸網動態檢測發現若干燃弧、硬點缺陷，以及部分CDI超標單元，通過動靜態數據分析，探討引起燃弧和硬點的主要原因，研究采用調整彈性吊索張力改善接觸線平順性、校正接觸線平直度等方案消除燃弧和硬點缺陷，并通過試驗錨段驗證了整改方案能夠消除接觸網缺陷，提高動態性能，為其他在建或運營高速鐵路提供參考。

關鍵詞：高速鐵路;接觸網;CDI;精調

0引言

某高鐵線路聯調聯試試驗通過動態驗收，納入運營檢測。運營檢測中，通過局部缺陷診斷及區段質量評價反映接觸網動態性能[1]。在運營期間，該高鐵線路采用CRH380AJ-2818高速綜合檢測列車進行動態檢測，在5個月內出現一級缺陷共計43條，其中最大燃弧時間34條，硬點9條;CDI超標單元共計10條。

該高鐵線路接觸網采用全補償彈性鏈型懸掛，350/h區段導線組合為JTMM120+CTMH150，高速正線張力組合為21kN+30kN，速度小于250k/h區段張力組合為20kN+25kN，全線彈性吊索采用JTMH-35，張力為3.5kN。接觸線設計高度5300mm，結構高度一般為1600mm，標準跨距一般為45～60m。

本文通過分析檢測數據，對缺陷類型及分布情況進行統計，同時分析CDI分布情況及變化趨勢，研究缺陷及CDI不達標單元的原因，并提出針對性整改措施，為缺陷整治提供經驗。

1檢測數據分析

1.1 缺陷分析

該高鐵線路5個月內檢出的一級、二級缺陷隨里程分布如圖1所示，其中一級缺陷均為硬點及最大燃弧時間缺陷。最大燃弧時間缺陷集中分布在K6.5～K10.5、K32～K55以及K65～K80區間范圍內;硬點缺陷集中分布在K60～K80區間，該區間硬點及燃弧缺陷同時出現。

圖2為該高鐵線路上行K65.5～K67.1檢測波形圖，該區段接觸網動態幾何參數正常，但弓網接觸力波動較大，燃弧明顯，且整錨段硬點較大。

1.2 CDI分析

該高鐵線路CDI得分及CDI均值見表1，CDI均值穩定在1.0附近，得分均大于98分，表明該線路動態性能整體較為穩定。

該高鐵線路CDI隨里程及時間分布如圖 3、圖 4所示，上下行CDI較高的區段集中在K60～K80附近，各單元CDI隨時間變化較為穩定。

為分析CDI超標原因，對CDI四個分量進行分析，分別為拉出值分量CDIS、接觸線高度分量CDIH、接觸力分量CDIF及燃弧分量CDIA。其中CDIH、CDIF分量表征接觸線高度及接觸力的波動程度。圖5為該高鐵線路上行CDI各分量分布圖，上行燃弧分量偏高較為突出，CDIA分量接近10的區段集中分布在K60～K80及K40、K100附近，與上行CDI偏大的錨段較為吻合，即上行CDI偏大區段主要由燃弧分量較大導致。

以該高鐵線路上行K69.928～K69.020錨段單元為例，該單元CDI為1.9，超過管理值1.8，為不達標單元，該單元燃弧分量為10，燃弧分量過大導致單元CDI超標。

該高鐵線路下行CDI分量如圖 6所示，下行CDIA偏大較為顯著，該分量接近10的區段主要集中與K40～K100、K130～K150區段，與CDI偏大區段較為吻合，即下行CDI偏大單元主要因為燃弧分量偏大導致。

以該高鐵線路下行某區間K95.440～K96.362錨段單元為例，該單元CDI為1.9，超過管理值1.8，燃弧分量CDIA較大導致單元CDI超標。

1.3 缺陷及CDI超標原因分析

由上述檢測數據分析可知，該高鐵線路接觸網缺陷主要為燃弧及硬點，引起CDI偏大的主要原因為燃弧分量過大。

接觸網燃弧是一種氣體放電現象，主要是電流在傳輸過程中通過空氣或其他絕緣介質時因放電而產生的瞬間火花現象[2]，主要是由于弓網壓力變化過大，接觸線不平順、存在高差過大、硬彎、硬點、扭面等現場，線夾傾斜等原因造成[3]。根據CDI數據，對相關區段進行復測，結合線路情況進行分析，引起CDI超標的可能原因如下。

（1）接觸線出現“V”字形

對某區間K84+454～K85+771區段接觸網進行了靜態測量，經對數據分析，普遍存在定位點處的接觸線高度比跨中略低，定位點接觸線高度形成“V”字形缺陷。上下行靜態檢測數據如圖7、圖8所示：

根據靜態測量數據，某區間I-13、II-13錨段普遍存在跨中吊弦點接觸線高度比定位點高的情況，其中上行Ⅱ-13偏差最大值7mm，平均值4.46mm，下行I-13偏差最大值11mm，平均值5.93mm。動態檢測數據顯示下行I-13錨段弓網接觸力、燃弧分量等指標明顯高于Ⅱ-13錨段，結合靜態測量數據及CDI檢測結果初步得出引起燃弧超標的原因是定位點接觸線高度形成的“V”字形缺陷。

（2）中錨線夾等集中荷載造成的硬點

接觸線一旦產生硬點，高速運行的受電弓受接觸線撞擊造成弓網接觸不良，為保證持續取流，擊穿弓網間空氣間隙形成電弧。硬點數越多不僅造成燃弧超標，還可能損傷受電弓，縮短接觸線使用壽命，甚至引起弓網故障。對檢測數據分析發現單個硬點超標主要發生在中錨、電連接、定位點線夾附近，說明單個硬點的發生可能與中錨處線夾、橫向電連接等集中荷載安裝不到位有關。圖9為定位點線夾位置接觸線硬彎。

（3）施工放線質量控制不當

恒張力放線是高速鐵路接觸網施工關鍵技術，直接影響接觸網動態性能。該高鐵線路施工階段工期極其緊張，站前工期滯后進一步擠占了接觸網施工周期，可能存在搶工期期間造成恒張力放線質量控制不嚴格，缺少精細調整環節。

2整改方案

2.1 核查接觸線拉出值

檢測結果顯示CDI超標單元無拉出值缺陷，且拉出值分量均較小，可以判定該高鐵線路不存在影響接觸網動態性能的拉出值問題。

2.2 調整接觸線平順性

接觸線平順性直接影響CDI高度分量，同時對力的波動和燃弧問題有影響。接觸線平順性主要受施工質量和軌道變化影響，該高鐵線路為新建線路，大部分為無砟軌道，且自開通以來有砟軌道區段未進行線路整治，應忽略軌道變化對接觸線平順性的影響，重點查找自身平順性問題。

接觸網靜態驗收標準要求“定位點兩側第一吊弦處接觸線高度應等高，相對該定位點的接觸線高度允許偏差±10mm，但不得出現“V”字形”。靜態測量數據顯示CDI超標單元的接觸線平順性較差，且定位點位置接觸線高度存在較多的“V”字形，研究考慮兩種方案消除“V”字形問題，改善接觸線平順性[4]。

（1）移動吊弦位置

承載接觸線的承力索為拋物線狀態，不同位置需安裝長度不同的吊弦，理論上可通過移動吊弦的安裝位置調節接觸線高度，改善平順性，但吊弦移動位置不能過大，否則造成吊弦布置間距不均勻惡化弓網受流狀態[5]。

對50m標準跨距采用JTMH120承力索在張力為21kN情況下進行拋物線擬合，計算吊弦移動0.5m時的吊弦長度變化量，模擬狀態方程如下：

y=43/81 x^2-2150/81 x+123265/81

通過對靜態測量數據得知跨中接觸線高度最高點一般出現在第3或第4吊弦位置，基本位于跨中，以移動第3吊弦為例，吊弦往跨中方向移動0.5m。向模擬狀態方程分別輸入第3吊弦移動前后距離定位點的長度x1=21.2m，x2=21.7m，計算得到吊弦移動后長度變化量為y2-y1=1195.78-1197.66=-1.88mm，即吊弦向跨中方向移動0.5m后接觸線高度減小約1.88mm。實測跨中接觸線高度普遍高出定位點2～8mm，按該方案無法消除倒‘V’字形缺陷。

（2）調整彈性吊索張力

彈性吊索張力小于設計張力會出現定位點及兩側第一吊弦位置接觸線高度下降情況，定位點接觸線高度形成偏差峰值的“V”字形。

依據該高鐵線路接觸網設計參數，取50m標準跨距，分別計算彈性吊索張力為3.5kN、3.0kN、2.5kN時跨中吊弦長度變化情況，見表4。

由表4計算結果驗證了當彈性吊索安裝張力不足時會出現定位點及兩側第1吊弦位置接觸線高度偏低形成“V”字形偏差，同時通過調整彈性吊索張力能消除此類偏差并改善接觸線平順性。

整治時首先利用檢測儀器測量彈性吊索張力，對張力不滿足設計要求的彈性吊索進行張力調整，調整完成后復核定位點及跨中吊弦位置接觸線高度是否滿足標準要求。彈性吊索張力調整至標準值后，定位點及跨中接觸線高度仍不滿足標準要求的位置，需重新預配吊弦并進行更換。

2.3 校正接觸線平直度

全面檢查CDI超標單元接觸網上集中荷載（錨段關節、中心錨結、電連接、線岔等）處線夾和接觸線狀態，對存在偏斜的線夾進行調整或更換，采用接觸線平直度檢測儀測量線夾位置接觸線平直度，最大間隙不應大于0.1mm/m，對超標位置采用導線校直器進行校正。

接觸線在架設時未采用恒張力架設或架設過程中張力控制不均，接觸導線的蠕變伸長未得到充分釋放就立即安裝吊弦，接觸導線的應力被吊弦拉力限制，高速運行的受電弓與接觸導線形成激振，整錨段弓網接觸力、硬點檢測值波動較大，燃弧明顯，CDI值超標。

整治時解開錨段內除中心錨結位置的所有定位和吊弦線夾，包括非支抬高跨，接觸線采用S鉤加尼龍放線滑輪懸掛，S鉤的設置應均勻，每跨宜不少于5根，且依據不同位置設置長度適宜的S鉤，使接觸線順線路方向保持平直，采用五輪整彎器自中心錨結向兩端下錨方向平推整治，接觸線蠕變得到充分釋放，可有效消除整錨段硬點值和燃弧缺陷。如果平推整治后硬點和燃弧檢測值仍不能滿足要求，則按恒張力架線方式更換接觸線。

3整改應用

為驗證燃弧、硬點超標的原因判定是否正確，研究分析的整改方案是否能消除缺陷并提高接觸線動態性能，分別選取該高鐵線路上行某站K69.928～K69.020、下行某區間K95.440～K96.362兩個CDI超標的典型錨段單元進行試驗性調整。圖10 所示為采用五輪整彎器整治定位點接觸線硬彎。調整完成后，復核接觸網靜態參數均滿足規范要求。

采用綜合檢測列車對調整后的接觸網進行動態檢測，燃弧和硬點數值顯著降低，CDI數據相對調整前明顯改善。試驗錨段單元調整前后CDI及其各分量變化見表5。因此上述分析的整改措施對接觸網進行調整后滿足弓網關系，保證受電弓良好受流，能夠改善該高鐵線路接觸網動態性能。

4結語

接觸網動態性能指數（CDI）反應弓網關系和受流質量，本次CDI超標整治研究表明，接觸懸掛的靜態幾何參數是保證良好弓網關系的前提，應通過精確的吊弦計算、嚴格的張力控制等措施保證彈性吊索安裝狀態，使接觸懸掛安裝參數符合設計要求;正確安裝中心錨結線夾或調整其運行狀態減小集中荷載對接觸線平順性的影響，消除接觸網硬點，同時關注有碴軌道區段軌道標高的變化對接觸線高度的影響等對提高接觸網動態性能具有直接作用。本次超標整治的措施可供其他在建或運營高速鐵路線路參考。

參考文獻

[1] Q_CR 841-2021， 接觸網動態檢測評價方法[S].

[2]吳積欽.弓網系統電弧的產生及其影響[J].電氣化鐵道，2008（02）：27-29.

[3]喻旭鋼.接觸網動態檢測數據分析及應用研究[D].中國鐵道科學研究院，2021.DOI：10.27369/d.cnki.gtdky.2021.000094.

[4]TB/10758-2018，高速鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準[S].

[5]吳太平.時速200公里客貨共線鐵路接觸網熱滑動態數據分析及缺陷克服措施探討[J].鐵道勘測與設計，2007（1）：30-35.