接触网硬点产生原因、危害及处理方法

2011-04-14上海铁路局合肥供电段

上海铁道增刊 2011年4期

孟超上海铁路局合肥供电段

随着高速铁路大规模的发展，列车的牵引动力已形成了以电力机车牵引的必然趋势，这对高速运行中的列车弓网特性提出了很高的要求，而接触网硬点是影响弓网运行关系的重要因素之一，因此，了解接触网硬点产生的原因及相对应的整治措施是目前存在的一大难题，在既有的理论基础上，又经历了合宁、合武高速客运专线接触网设备的运营与维护，据此对接触网硬点的产生原因、危害及整治方法提出一点看法。

1 接触网硬点的概念

电力机车在运行中，机车受电弓与接触导线接触力的变化是非常复杂的，通常情况下，我们将机车受电弓与接触导线接触力突然变化的地点称为接触硬点，接触网上引起接触力突然变化的地点称为接触网硬点。

2 接触网硬点产生的原因

2.1 接触网施工中造成的硬点

架设接触线施工过程中一般采用小张力放线施工方法。由于缺乏必要的张力标准理论数值指导，具有很大的不稳定性，从而加大了接触线架设的张力不均匀度。特别是在起锚和落锚时，需要重新紧线、松线，更是加剧了这一状况，极易使得接触线在外力作用下发生变形、扭曲、硬弯。因施工原因造成的接触线硬弯、接触线扭面、定位器调整不到位、锚段关节调整不到位、坡度超标、接触线上的零部件安装不规范、撞击受电弓等都会产生硬点病害。

2.2 接触网自身产生的硬点

2.2.1 接触线高差造成的硬点

接触线高差最终反映在接触线坡度上，接触线高差分为跨间高差及吊弦高差，跨间高差主要集中区间、站场导高变化处所，而吊弦高差在接触网各处所均有表现，其中吊弦高差更能直接反映接触线的平顺度，更有实际意义。根据新《检测》要求，250km/h区段接触线坡度不得大于0.5‰、200 km/h区段接触线坡度不得大于1‰，根据运营情况来看，250km/h区段接触线坡度大于2‰、200km/h区段接触线坡度大于4‰时极易出现硬点三级超限。

2.2.2 接触线不平直造成的硬点

接触线不平直最主要的特点是就是接触线硬弯，最终反映在短距离的平顺度上（接触线坡度），主要分有上下弯、左右弯，波浪弯、垂直弯（死弯），形成接触线硬弯的原因较多，如：接触线本身材质硬弯、未采用恒张力放线施工的施工硬弯、施工人员踩踏导线的施工硬弯等。通过运营情况来看，左右弯影响很小，垂直弯影响最大，但各种原因的硬弯均可以形成硬点。

2.2.3 结构性硬点造成的硬点

所谓结构性硬点系指接触网线岔、定位器、锚段关节、中心锚结等处所，接触网整体结构相对复杂，负荷相对集中，较易形成硬点。

（1）线岔处产生的硬点

首先，线岔限制管加大了接触线质量。减小由此产生的硬点，就要减轻限制管质量，可用铝合金件代替钢件。固定部位可活动的限制管使机车通过线岔时，受电弓与接触网硬点之间有个缓冲的作用过程，从而减小硬点的影响。其次，线岔交叉点处两支接触线交叉，受电弓同时托起两支接触线，该处硬点加大。

（2）定位器处产生的硬点

检测数据表明，在行车速度不超过140 km/h时，不论是具有限位和减振作用的多功能定位器还是普通的铝合金定位器均能满足行车的需要。显然，多功能定位器保证了运行可靠性，铝合金定位器因质量轻硬点要比普通钢质定位器小。硬点的大小还与定位器的坡度及拉出值有关。根据运行中的定位器作用力分析，运行中的定位器因为拉出值在水平方向上存在一个拉力F1，定位器与水平方向存在夹角a，这样定位器在垂直方向产生一个向上拉起接触线的分力F2。定位器本身质量在接触线处的分力大小取决于夹角a的大小，即定位器的坡度。受电弓托起接触线后，夹角a变小，F2变小，要使定位器处的接触线与跨中接触线具有相近的特性 (不考虑承力索影响的情况下)，F2应大于或等于定位器本身质量在接触线处的分力，否则将产生硬点。若定位器处拉出值过小，也将产生硬点。可见，定位器处是否产生硬点除取决于本身质量外还取决于定位器坡度大小和拉出值的大小。

（3）锚段关节处产生的硬点

锚段关节是为受电弓由一个锚段向另一个锚段过渡而设置的，其结构较为复杂，较易形成硬点，三跨关节的运营条件更为恶劣，锚段关节形成硬点主要有以下几个原因：①接触线坡度大；②转换柱间有两支接触线V形交叉，冲击力大；③有电联结等集中负载。

（4）中心锚结处产生的硬点

中心锚结作为整个锚段的唯一一处相对固定点，应力集中，受力复杂，极易形成硬点，其中以三跨中心锚结的的运营条件更为恶劣，二跨中心锚结的运营条件有所改善。

2.3 非接触网原因产生的硬点

（1）列车提速后，线路质量的好坏也间接影响着弓网间的配合，例如线路的变坡点，特别是正坡直接变成负坡的变坡点，反映在弓网关系上就相当于一个导线变坡点，如果此处正好是接触导线的变坡点就可能出现很强烈的硬点。

（2）线路道床质量对受电弓与接触网的接触力影响也很大，如道床的弹性系数、振动周期及各种病害等，对接触网运行影响很大，由于机车或线路原因产生的硬点具有较大的随机性，因此在现场检查维护过程中很难被发现。

（3）在机车的运行取流过程中，运行的受电弓与架空式的接触网之间进行的相互作用、相互匹配非常复杂，影响受流质量的主要参数有静态接触压力、动态接触压力、受电弓振动频率、接触网振动频率、机车运行速度等；同时，电力机车受电弓的弹性系数、受电弓归算到接触导线上的质量等问题都会产生硬点病害。

（4）与机车有关的接触网方面的悬挂弹性系数（接触悬挂张力、接触网跨距、接触悬挂导线及承力索单位长度重量、接触悬挂结构型式等都影响到接触悬挂弹性系数）、接触网的振动频率、周期等，也是发生接触网硬点病害的原因。

3 接触网硬点的危害

接触网硬点是一种有威胁的物理现象，它会破坏弓网间的正常接触和受流，加快导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害，常常在这些部位会产生火花或拉弧，从而损伤接触线和受电弓。接触线硬点的产生，会影响牵引电机的正常取流，在拉弧的暂态过程中对牵引电机造成严重的伤害，同时还会影响机车的牵引质量。接触网硬点对接触网、受电弓将造成机械伤害和电弧伤害。机械伤害是指对受电弓、接触导线轻微的碰伤及刮伤等（有明显痕迹的就称之为“打弓点”）；电弧伤害是指硬点引起的弓网离线和离线瞬间产生的高温电弧会对机车受电弓的弓头产生点蚀、汽化，同时也会对接触网导线产生点蚀、汽化，严重时会使导线发生高温退火，影响行车安全。接触网硬点是造成机车受电弓离线的重要原因之一。机车受电弓离线对机车牵引电机、电器、受电弓、接触网、牵引变压器及供电系统都有严重危害。

4 接触网硬点的整治

4.1 提高接触网设计质量

因地制宜，根据不同现场环境由不同的设计理念，从设计选用线索材料的角度来讲，当前使用镁铜合金线要比硬铜线好，承力索与接触导线采用相同的材质对接触网的性能及减少硬点的产生有很大好处。

4.2 提高接触网施工质量

在高速铁路建设初期，如果施工质量不能达标，即使以后在运行中经过多次整治也很难让设备质量有明显的提高。因此，在施工中应严格按照检修工艺及相关标准进行施工。

4.3 加强日常设备巡视及取流检查工作

严格执行有关检修实施细则，提高巡检质量，是提前发现接触线硬点并及时处理的可行方法。其中因接触网维修工作而产生的接触悬挂中的某些质量集中点，通过改变原吊弦布置位置或适当采用增加吊弦的方法，可以改善接触网整体弹性，消除接触网硬点。对于某些跨距接触线坡度过大，或是连续多个跨距坡度呈波浪形变化，通过加强检修人员工作责任心教育、改进巡检过程中导高测量方法、控制不符合标准的接触线坡度的产生等等措施，可以避免巡检过程中接触网硬点的产生。提高日常接触网设备检修质量

4.4 提高日常设备检修质量

根据接触网硬点产生的不同原因进行相对应检修整治，对症下药，如：

（1）跨间高差：对于形成跨间高差的区间、站场接触线高度过渡处所，要根据测量数据，制定整体整治方案，一般以站场最外端线岔或关节为控制点，严格按照250 km/h区段接触线坡度不得大于0.5‰、200 km/h区段接触线坡度不得大于1‰从站场向区间进行过渡，在过渡的起点及终点尽量以抛物线形式过渡，避免出现明显的折拐点，同时要结合工务线路条件，尽最避免在工务线路竖曲线处所。

（2）吊弦高差：严格按照250 km/h区段接触线坡度不得大于0.5‰、200 km/h区段接触线坡度不得大于1‰的标准进行调整，其中定位点两侧吊弦力求等高，因跨中预留驰度的要求标准高，对改善弓网关系并无明显的效果，不建议采用跨中预留驰度。

（3）对硬弯进行量化分析：我们在实践中采用了硬弯量化分析法，即采用<接触线硬弯量化分析组合工具>（平板尺+塞尺、自制），修前对硬弯进行测量，根据硬弯大小确定处理方案，修后再次进行测量，检验整治效果。通过硬弯处理前后检测数据对比，总结出如下经验数据：硬弯三级超限的临界值为0.2 mm，硬弯超过0.2 mm需进行校正，硬弯校正后小于0.2 mm可以消除三级缺陷，同时现有的五轮正弯器的校正精度可满足要求。根据硬弯的类型采用不同的校正方法：对于较大的垂直弯（死弯），先用<导线硬弯局部校正压模>进行局部压模校正，然后用五轮正弯器进行推拉校正；对波浪弯（平顺弯）直接用五轮正弯器进行校正。校正时需注意五轮正弯器的正确使用方法。

（4）交叉线岔：因交叉线岔有两支接触线，受电弓通过线岔时抬升受到限制，负载较为集中，形成硬点是必然的，我们能做的是尽最大能力改善线岔处弓网关系，最大限度的降低硬点数值。具体做法是将线岔各项能数按设计值进行调节，关键点为正线与侧线相交线岔500 m处水平应尽量控制在侧线抬高20～30 mm，非支抬高满足要求，使限制管尽量受到向上的抬升力。