铁道电气化接触网硬点原因和改进方法

2012-04-26胡安晓

电气技术 2012年7期

胡安晓

（中国铁建电气化局集团第二工程有限公司，江西吉安 343009）

作为电气化铁路的重要组成部分，接触网是确保电力机车高速运行的重要保证。高速运行的电力机车通过受电弓从接触网处获得电力，保证电力机车所需的电能。在理想情况下，接触网与电力机车受电弓之间应该是一个恒定的接触压力，受电弓在接触线端匀速前进的过程中获得稳定的电压。但是，在实际的运行过程中，受电弓与接触线之间的压力并不完全均匀，有时候甚至会出现离线的现象，导致电力机车的正常工作受到影响。这时，如何确保受电弓与接触网络具有良好的弓网关系成为了铁道电气化接触网的重点研究方向。

1 铁道电气化接触网硬点的危害

硬点是指导致受电弓的运行状态发生瞬时改变的因素的总和，这些因素来自多个方面，诸如线路、空气流等，对弓网状态有直接影响。接触硬点的危害可以分为机械损伤以及电弧伤害两个方面。

1.1 机械损伤

在电力机车高速通过接触网时，受电弓在经过线路中的硬点时都或多或少的出现不正常的升降，这种不正常的升降过程将导致接触导线和受电弓滑板造成撞击性的损伤以及实常的磨擦损耗。当硬点出现在元件式分相、分段接头、电连接线夹或者是跨距两端的定位点等位置时，容易造成“打弓”现象，将对设备造成损害。

1.2 电弧伤害

当受电弓经过硬点时，容易出现与接触网相分离的现象，这不但对电力机车的正常取流造成影响，还会还会在运行的过程中产生火花，给接触网和受电弓造成损伤，严重时甚至会烧断接触网，对行车安全造成严重影响。

2 铁道电气化接触网硬点产生的原因

2.1 设计原因

接触网弹性的均匀程度是对接触悬挂方式质量的一个重要评价标准。在对接触网进行设计之时，在绝缘锚段的关节和分相绝缘锚段关节中采用的定位器件具有较大的重量，容易造成重量的集中，导致接触网在定位器出出现严重的重量集中现象，造成该处弹性下降。而且在分段接头以及设备元件分相等地方，隔离开关、避雷设备以及上网连线等的重量都较大，使得接触网线弹性的均匀程度不够，容易引发受电弓在接触的过程中出现较大的接触力突变，进而在这些地方形成较大的冲击硬点。

2.2 接触网悬挂形式的选用

由于受到机车运行、线路以及悬挂形式等多个方面的影响，接触网的悬挂形式应该根据实际情况加以选择。在使用半补偿的简单联形悬挂方式时，在一些特殊的条件下，将导致接触线与锚段中部以及下部出现较大的张力差，使得接触网的弹性及张力不够均匀，尤其是在支点处容易出现硬点。同时，由于三跨锚段关节在转换接触线存在着一个从负坡度向正坡度的过渡点，这时对受电弓的冲击也较大。因此，应该根据线路和环境等多方面的因素，考虑接触网的悬挂方式。

2.3 日常检修原因

针对日常接触网进行的检修过程中，由于分相或者是分段绝缘设备与接触线之间的连线过渡不够平滑、或者是间隙太大以及定位点处所设置的设备的临时调整使得受电弓的抬升量不足，导致硬点的出现。在进行日常例行检查的过程中，由于测量工具自身或者是测量方法的不恰当，都有可能导致接触网线在跨距之内发生较为明显的变化，导致电力机车的受电弓在高速通过的过程中形成过大的接触冲击，在接触网上形成硬点。加之，在检修的过程中由于对检修人员的培训等较为欠缺，没有根据检修规文制度来进行严格的检修，在作业过程中直接踩踏接触网线，对接触线的平直度造成影响，引发线面扭曲等问题，形成硬点。

2.4 接触线材质的原因

高速铁路的提速增加了人们对接触网线材质的要求，人们在设计的过程中需要通过对传统材质的改变来降低接触材质对接触网线硬点产生的影响程度。例如，某客运专线的高速列车在试车的过程中，其最初采用的镁铜接触网线在试车的过程中出现了连续火花的现象。在通过相关单位的研究和分析试验之后，结合持续增加接触导线张力的试验方式，发现连续火花的现象依然存在。之后，在实验室中通过采用镁铜接触线与银铜接触线两种材质，在对受电弓加载垂向力和纵向加速度来分别模拟硬点与冲击之后，发现两者的接触信号以及波形存在着较大的差别。图1为分别采用镁铜接触线和银铜接触线交界处的硬点与冲击时检测到的波形。

图1 采用镁铜接触线和银铜接触线交界处硬点与冲击信号波形

从该实验的结果可以得到接触材质的不同在对弓网振动方面具有对应的影响，试验采用的接触网材质存在着不匹配的问题，因此在弓网材质方面应该有所选择。同时，在选择定位器时，也应该做到科学合理，避免由于定位器质量过重而导致接触网的质量集中，形成硬点。

2.5 线路质量的原因

当线路路基，尤其是桥头、隧道口、钢轨的接头、道床翻浆或者是三角坑处等地方，都会对形成线路的质量造成影响，给接触网的参数带来变化。同时线路晃车也是导致接触网线出现硬点的一个重要原因。在一些地势不够平缓的地区，由于线路可能直接从正坡变为负坡，这时将在弓网上表现出一个明显的变坡点。若假设接触导线处于一个变坡点上，这时将在接触网线上形成一个强烈的硬点。再次，线路道床的铺设质量以及施工方式等都对接触网造成重大的影响，尤其是道床的振动周期、弹性系数以及其他的病害等都将丢接触力有一定的影响。加之硬点在线路上的分布也表现为一种随机性，在现场的维护与作业过程中不容易把握。电力接车在高速运行取流的过程中，架空网线与受电弓之间所作用的关系较为复杂，对动、静接触压力和受电弓振动频率等都有直接影响，这些因素都是硬点形成的原因。

3 悬挂硬点的测量方式

1）受电弓在高速滑动取流的过程中，受电弓会产生三个方向的振动，包括上下、前后以及左右。其中，上下方向称之为振动，前后方向称之为冲击，左右方向则称之为摆动。滑动过程中若遇到悬挂硬点，将导致受电弓的加速度发生突变。

这时，在受电弓的弓头部分设置了两个方向不同的加速度传感设备，用于测量机车运行过程中在弓头处产生的加速度与冲击，然后根据测量得到了加速度变化来确定线路何处存在有硬点。根据实际情况来看，即是导致硬点的因素完全相同，当机车的行使速度不同时，硬点给受电弓造成的影响也是有差别的。所以，当运行工况相同的时候，电力机车的运行速度越高，硬点对受电弓的影响也就越大、越明显。因此，在检测机车运行的过程中还应该对接车的运行速度加以考虑。

2）车体振动补偿的检测。机车在运行的过程中自然会产生多种多样的振动，各种各样形式的振动将导致机车在运行的过程中可能会产生一个相对线路中心的位移，或者是产生一个与轨道面垂直的位移，导致机车的受电弓与接触网之间出现相对位置的明显变化。这一点也表明机车的弓网接触关系是动态的，是持续可变的。但是，由于所采用的检测方式决定了检测得到的属于静态值。这就导致静态检测值与动态工况之间存在着固有的差别。这时，就需要将将车体的振动位移量采用对应的方式将之折算到受电弓上，保证对受电弓位移变化量的精确程度。其中，进行车体振动位移检测的原理图如图2所示。

图2 车体振动位移监测原理图

两个激光雷达对称的安装在车体底盘，激光雷达的中心距离为l，激光雷达分别向下扫描两侧的钢轨断面轮廓，通过识别计算方法来确定两侧钢轨内沿点与激光雷达之间的距离分别为d1，d2，扫描的角度分别为α1,α2。这时，车体相对于轨道中心线发生的偏移为

车体相对于轨道平面的垂直位移为

假设动态拉出值为a，接触网的高度为h，激光雷达测量设备的安装高度为h0，那么补偿之后得到的静态拉出值为

4 接触网硬点的整治与改进

基于上述对接触网硬点原因的分析，当前无法完全将接触硬点予以消除，只能够通过整治和改进测量来将之减小到可接受的范围。其整治与改进策略包括下面这样几个方面：

1）调整定位处，确保其良好的弹性

通过对定位处的调整，保证其良好的弹性，不会由于重量的集中而造成硬点的出现，保证高速电力机车的受电弓能够顺利的通过。在对接触网线进行调整时，限位定位器之间的间隙是限位定位器调整的关键。为了能够有效的避免出现由于受电弓抬升过高造成的“打弓”现象，在适当的时候采用限位定位器是十分必要的。而安装过程中又应该对限位的间隙及大小进行选择和确定，间隙过大将使得定位器的坡度过大，而过小则导致其坡度过小。而且云寻的提升量之内限位功能同样将起到限制作用。所以，过大和过小都将导致硬点的出现，但是可以通过合适的调整确保其具有足够的弹性，尽量降低硬点的影响程度，减小弓网的磨损。

2）加强重点故障部位的检测工作

对于检测车检测出的硬点数值大、存在数值突变、数据明显叠加以及在一跨内导线的高度差超过了150mm的地方要进行重点检测。以检测车所提供的硬点数据为依据，在其范围内利用接触网激光在检测车检测出硬点的公里标志后进行查找，尤其是在一跨之内的各个定位点、吊弦点以及线夹等载荷集中处进行重点检测。

3）接触网架设过程中年采用恒张力放线

恒张力布线可以很好的保证弓网取流的质量，在进行恒张力放线过程中，应该根据事先设定的张力，以恒定的速度实施放线作业。其具体的技术要求如下。

（1）放线工必须接收过专业的技术培训，且工作态度要积极细致。

（2）操作过程必须以相关的规定为依据，严格予以执行。

（3）预先清楚架线锚段之内的施工障碍，对于特殊地段的支柱和腕臂等要进行加固作业。

（4）根据接触网线的材质选取对应的放线工具，诸如放线滑轮、S钩等。

（5）架线所采用的张力应该根据接触线材质的硬度、弹性以及线路的弯曲半径等来进行综合选取。

（6）架线车的行走速度控制在3～5km/h的范围为宜。

（7）为了避免冲击对线路造成的破坏，紧线作业时应该尽量采用均匀的力度。

进行恒张力放线时施工设备的基本要求如下。