高速铁路接触网系统联调联试方案的探讨

杨金让，张 华

高速铁路接触网系统联调联试方案的探讨

杨金让，张 华

通过检测列车和其他检测设备在规定测试速度下对全线接触网系统的功能进行综合测试，评价和验证，并对接触网系统进行调试、优化达到设计要求，为高速铁路的开通提供科学依据。

高速铁路；接触网；联调联试；方案

0 引言

随着我国高速铁路的不断发展，列车运营时速的不断提高，为保证列车的安全运行，接触网系统的安全、可靠就越发重要。为验证接触网系统的性能，必须在工程静态验收合格后进行接触网系统的联调联试，为高速铁路的开通提供科学依据。联调联试主要采用检测列车、测试动车组、综合检测列车和相关检测设备在规定测试速度下对全线接触网系统进行综合测试，并对接触网系统进行调试、优化，使系统功能达到设计要求，为此一套切实可行的联调联试方案是十分重要的。

1 高速接触网系统的结构形式

通过近几年我国高速铁路的不断发展，高速铁路接触网设计也越发成熟，形成了具有中国特色的高速接触网模式，其主要结构形式一般为正线接触网采用全补偿弹性链形悬挂，联络线、正线间渡线、站线、动车所线路采用全补偿简单链形悬挂。正线、联络线导线悬挂点高度为5 300 mm；正线接触网结构高度一般为1 600 mm。正线区段标准跨距取50～55 m，弹性链形悬挂区段最大跨距60 m；隧道内最大跨距一般为50 m；桥上跨距需根据桥梁孔跨的形式进行配合确定，一般为48 m。正线直线及曲线段拉出值按正反定位间隔布置成之字值，正线拉出值一般取250 mm，曲线不超过400 mm，困难时取200 mm。正线及站线线路采用棘轮补偿装置；正线露天段采用铁坠砣，隧道内采用矩形铁坠砣；正线、联络线均采用腕臂两跨式防断中心锚结。绝缘锚段关节、非绝缘锚段关节一般采用五跨关节。正线全线采用通长热轧H形截面钢柱。在变电所、分区所出口附近设置6跨式接触网电分相装置，电分相采用带中性段、空气间隙绝缘的双断口锚段关节形式。

2 测试列车及速度

单列动车组逐级提速联调联试采用CRH2-061C和CRH380A-001综合检测列车，进行双列重联时，需增加1列CRH2C型动车组。

动车组正线逐级提速联调联试的速度级为180、200、220、240、260、280、300、310、320、330、340、350、360、370、380、385 km/h，260 km/h以上速度级不少于3个往返。18#道岔侧向测试速度级为70、80、90 km/h，42#道岔侧向测试速度级为150、160、170 km/h；每个速度级运行3个往返。双列重联动车组正线逐级提速联调联试的速度级为250、300、320、330、340、350 km/h，每个速度级运行3个往返。

3 接触网系统联调联试方法及内容

接触网系统联调联试的目的是根据接触网几何参数、接触网平顺性、弓网受流性能、接触网性能、自动过分相测试数据，指导接触网系统调试与精调，使接触网系统达到设计目标及满足运营要求，为动态验收提供依据。

3.1 联调联试测试内容

（1）接触网几何参数检测：检测接触线高度、拉出值等。

（2）接触线平顺性检测：检测硬点（接触线垂直加速度）、一跨内接触线高差（2A）等。

（3）弓网受流性能测试：测试弓网动态接触力指标，包括最大接触力、最小接触力、平均接触力、标准差等；测试弓网燃弧指标，包括最大燃弧时间、燃弧率、燃弧次数等。

（4）接触网性能测试：包括接触网静态弹性和接触线动态抬升量测试。

（5）动车组自动过分相性能测试：测试动车组过分相时断电和合电的里程；动车组过分相时的网压变化；动车组过分相时的速度损失。

3.2 联调联试测试方法

3.2.1 接触网几何参数和平顺性检测

（1）接触网光学非接触式测量。采用装备有光学非接触式测量系统（图1）的综合检测列车进行60 km/h及以下速度的准静态检测，测量接触线高度、拉出值和高差等接触网几何参数。

图1 装备有光学非接触式测量系统的综合检测车例图

非接触式测量系统基于三角测量原理与车体位移补偿技术，通过安装在基线上的4个高分辨率行扫描摄像机实现测量。通过分析来自摄像机的信号进行计算接触线与4个摄像机位置之间的角度，利用标准的三角关系计算接触线在车体坐标系中的相对位置。利用车辆和两轴箱间安装的3个位置编码器测量车体的滚动、跳动和水平运动。并将记录的数据传输给分析计算机作为位置的补偿，最终计算出接触线相对轨道平面的正确位置。其系统组成如图2所示。

图2 非接触式测量系统的组成示意图

（2）接触网接触式测量。通过综合检测车的测试受电弓，在不同等级速度下测量接触线高度、拉出值和高差等几何参数及垂直加速度等值。

3.2.2 弓网受流性能测试

通过综合检测车不同等级速度的动态运行，使用测试受电弓检测动态弓网接触指标和燃弧指标。受电弓的安装测点布置如图3所示。

图3 受电弓的安装测点布置图

3.2.3 接触网性能测试

（1）接触网静态弹性测试。采用接触网作业车，对各测点的接触网静态弹性进行测量和记录。

（2）接触线动态抬升量测试。

a.摄像方式：测试列车通过典型测点时接触线振动情况，并进行图像处理分析。

b.位移法：采用基于无线数据网络的多点分布式接触线振动无线测量系统，接触线振动无线测量系统主要由位移传感器、数据采集模块、无线数据传输模块和太阳能充电电源组成。

3.2.4 动车组自动过分相性能测试

记录动车组通过分相点时断电及合电里程、动车组网压变化、速度损失等。

3.3 评判标准

3.3.1 接触网几何参数检测

接触线高度、拉出值检测结果应符合《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB10758-2010）中第5.15条款和《高速铁路接触网运行检修暂行规程》（铁运[2011]10号）中的第46条款的规定：接触线拉出值限界值超限标准为450 mm；接触线拉出值一般超限标准为

430 mm；接触线高度的精调标准为5 300 mm± 30 mm；两相邻吊弦的高差精调标准为±10 mm；两相邻定位点的高差精调标准为±10 mm。

3.3.2 接触网平顺性检测

根据《高速铁路工程动态验收指导意见》（铁建设〔2010〕214号）第9.2.2条款规定：

（1）受电弓滑板所受的垂直加速度最大值AV，即硬点，规定：速度V＜200 km/h时，硬点AV＜490 m/s2（50g）；速度200 ≤V＜300 km/h时，硬点AV＜588 m/s2（60g）；速度300 ≤V≤350 km/h时，硬点AV＜686 m/s2（70g）。

硬点检测值超过标准值跨数应小于检测总跨数的0.5%。

（2）一跨内接触线高差2A＜150 mm，其中2A = Hmax− Hmin。

3.3.3 弓网受流性能测试

根据《高速铁路工程动态验收指导意见》（铁建设〔2010〕214号）第9.2.2条款规定：

（1）弓网动态接触力测试一般按一个跨距为一个分析单位，分析参数有：最大值、最小值、平均值、标准偏差。各参数评判标准如下：

a.平均值（N）：Fm≤0.000 97V2+ P0，其中V为速度，km/h；P0为70 N或规定值。

b.标准偏差（N）：σ≤0.3×Fm

c.最大值（N）：Fmax= Fm+ 3σ

d.最小值（N）：Fmin= 20

（2）弓网燃弧指标。

a.最大燃弧时间：Tmax＜100 ms

b.燃弧率：μ＜5%，其中，μ = ∑tarc/∑ttotal×100%，∑tarc为单次燃弧持续时间大于5 ms的燃弧时间总和，ttotal为测量总时间。

c.燃弧次数应小于1次/160 m。

3.3.4 接触网性能测试

根据《高速铁路联调联试及运行试验指导意见》（铁集成[2010]166号）第3.2.4条款规定：

（1）接触网静态弹性系数μ：

式中，emax、emin分别为最大、最小接触网静态弹性，mm/N。

弹性链形悬挂的弹性系数应满足：m＜10%。简单链形悬挂参照设计标准。

（2）接触网动态抬升量。接触线抬升量不大于120 mm或设计要求。

引入拉格朗日乘子，得到Γ=I（Y，Xu）-λ（uTu-1）/2，两边对u做偏导，即可转为对互信息矩阵的本征值和本征向量的求解问题，根据本征值的降序排列，可得到对应的本征向量集合，此即为因子的各个主成分转换向量。

3.3.5 动车组自动过分相性能测试

根据《高速铁路联调联试及运行试验指导意见》（铁集成[2010]166号）第3.2.4条款规定，动车组自动过分相需满足设计规范要求。

（1）动车组车载过分相装置接收信号正确、主断路器断合位置正确。

（2）记录动车组网压、断路器状态等信号。

4 配合要求

（1）设计单位提供最终的全区段接触网设备基础台帐数据：包括接触网平面结构图、设备结构、设备类型，曲线、坡度、桥梁、公里标位置等。

（2）联调联试期间，必要时测试人员需要登车顶进行测量设备检修，接触网应能停电作业。

（3）由设计单位和铁科院共同确定接触网静态弹性、动态抬升量接触网各测试典型断面的位置；测试时，需施工单位提供接触网作业车和作业人员配合。

（4）进行光学非接触式检测时，为了避免取流受电弓与接触网之间的相互作用扰动接触线，升运行方向后方受电弓取流， 并以不超过60 km/h的速度匀速运行。

（5）进行重联动车组测试时，车站应具备动车组解编及动车组换位重联能力。

5 结语

该方案适用于我国在建高速铁路接触网的联调联试，在已投入运营的高速铁路验收当中得到了全面、系统的验证，提高了高铁联调联试的工作效率和经济效益，为我国高速铁路安全、优质开通打下了坚实基础，并为今后高速铁路接触网系统的联调联试提供了宝贵的经验。由于各条线设计理念、实际情况并不相同，因此联调联试方案可在此基础

通过深入计算研究及CAD软件动态放样，能够更精确计算制动架尺寸及制动位置，为棘轮下锚补偿装置设计、制造、施工安装提供指导，提高高速接触网运行可靠性。

[1] 《300～350 km/h 电气化铁路接触网装备暂行技术条件》（OCS-3）.

[2] 《200～250 km/h 电气化铁路接触网装备暂行技术条件》（OCS-2）.

[3] 吉鹏霄.接触网[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4] Kießling, Puschmann, Schmieder．电气化铁道接触网[M]．中铁电气化局集团译．北京：中国电力出版社，2004．

[5] 哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学[M]．北京：高等教育出版社，2002．上略作调整。

参考文献：

[1] TB10758-2010 高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[S].

[2] 铁运[2011]10号 高速铁路接触网运行检修暂行规程[S].

[3] 铁建设[2010]214号 高速铁路工程动态验收指导意见[S].

[4] 铁集成[2010]166号 高速铁路联调联试及运行试验指导意见[S].

收稿日期：2014-12-05

The overall test, evaluation and verification of overhead contact system functions of the whole line have been performed by the inspection car and other testing equipment under the specified testing speed, and commissioning and optimization made for overhead contact system reach the design requirements, providing scientific philosophy for putting into operation of high speed railways.

High speed railway; overhead contact system; integrated commissioning and test; scheme

U227+.7

B

1007-936X(2015)02-0008-03

2014-07-25

杨金让.中铁电气化局集团有限公司，高级工程师，电话：010-51846270；张 华.中铁电气化局集团有限公司，高级工程师。