接触网动态检测综合评价指标研究*

2018-05-10刘会平

铁道机车车辆 2018年2期

刘会平

(中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京 100081)

接触网是高速铁路动车组获取电能的关键设备，因此其质量直接影响到受电弓的受流性能和安全性能，最终影响到列车的运营秩序，目前对接触网采取了不同的方式进行检测，检测的参数包括接触网几何、平顺性、受流性能等，这些参数的检测数值为接触网单项参数缺陷维修提供了数据支持，但在接触网区段综合评估方面还没有一个有效的评估方法，无法对接触网的综合质量进行评价，根据我国高速铁路接触网系统的特点，目前迫切需要建立一套接触网动态检测综合评价指标，以便对不同区段接触网的优劣进行科学评估，为高铁接触网维护检修和安全运营提供技术支撑。

1 接触网动态检测综合评价指标研究

接触网动态检测综合评价指标需要建立在对接触网各种类型参数检测基础上，通过确定影响接触网质量的参数，对各种检测参数进行分类，分析其对接触网质量的影响规律，提出不同参数如接触力、硬点、燃弧、燃弧率、高差的合理评价方法。

目前，对接触网的检测和评价指标主要分为3类，第1类是对接触网几何参数进行评价，该指标是反映接触线相对于轨平面的位置，几何参数主要包括接触线拉出值和接触线高度，此类参数是影响接触网安全性指标。第2类为接触线平顺性参数进行评价，该指标是对接触网局部弹性不均匀或者有硬弯的位置进行评价，平顺性参数主要包括硬点、冲击、接触网高差等。第3类为弓网受流性能参数指标，该指标通过带有弓网检测设备的动车组获取，受流参数主要包括弓网接触力、弓网燃弧等。该参数直接反应了弓网受流匹配性能。

接触网动态检测综合评价指标是采用数学统计方法描述一个区段内接触网整体质量状态的综合指标，是接触网几何参数、动态受流参数(接触力、燃弧、接触网抬升量)及接触网不平顺参数(接触网高差、硬点)依据一定的统计方式进行综合分析，该值的大小与接触网质量状态密切相关，其能综合评价接触网整体质量，提高接触网维修的科学性、经济性、合理性。

接触网动态检测综合评价是属于多指标(或多因素)的综合评价问题，要通过建立合适的综合评价数学模型将多个评价指标综合成为一个整体的综合评价指标，作为综合评价的依据，从而得到相应的评价结果。为方便计算，一般采用一个跨距为统计步长，1正线公里为评价单位进行，根据多种参数在评价单位内测量值与标准对比后根据所处的缺陷等级进行分类，然后根据不同参数在所处缺陷等级的扣分标准来计算该公里总体得分情况，每种参数均设置一级超限和二级超限2种阈值。一级缺陷根据对接触网系统的影响程度扣5分～40分不等，二级缺陷根据对接触网系统的影响程度扣1分至5分不等。通过得分来评价其整体质量(总分按照100分计算)。综合评价一般以检测的一段区间线路为评价单元，在此区间内按照每公里得分数考核接触网动态质量，根据得分分数分为优良、合格、不合格3类。总得分设为Q，Q≥90为优良，60≤Q<90为合格，Q<60为不合格。

区段某参数1公里按照一个跨距进行测量的统计值为(N1,N2……Nn)根据其与标准比较后定义相应的缺陷等级，不同缺陷等级定义相对应的扣分权重系数(K1,K2……Kn)，通过累计扣分情况则可以反应该参数在该段的整体扣分情况。通过该区段内所获取得分数，可以计算出区段内优良、合格和不合格比率，进而全面掌握区段内接触网质量。

根据现有对接触网几何参数、平顺性参数和受流参数的评价标准，分别研究其各参数在综合评价指标中缺陷等级及扣分标准。

(1)接触网几何参数评价指标评价标准

接触网几何参数，主要包括接触线高度、拉出值，该参数应符合设计要求或相关技术标准的规定，尤其是拉出值，由于其直接影响到弓网运行安全，对于≥550 mm的拉出值，则定义为一级缺陷，扣40分，高度根据线路不通在其标准值基础上，对大于或小于标准值的幅值不同分别扣1分或5分。根据接触网评价指标设定的接触网几何参数扣分标准如表1。

表1 接触网几何参数扣分标准

(2)接触线平顺性参数

接触线平顺性参数主要包括硬点(垂向加速度)和一个跨距内接触线高差，根据接触网平顺性检测标准可以看出，硬点指标与速度有相关性，不同速度等级的限值指标不同，加速度值能准确的反应接触网的平顺性和接触网质量缺陷处。由于接触网的设计特点，在线叉、锚段关节和吊弦等处硬点值相对较大。图1为区段硬点波形。

图1 硬点统计波形图

图中红色虚线为硬点超限界限，红色椭圆标示为超限点峰值。由图中红色椭圆标出超限点峰值为950 m/s2的超限点，并且多次经过此处均出现超限点，因此确定其产生原因为接触网导线本身的缺陷造成的超限，经过复核确认该超限点是由于锚段关节处受电弓在滑动过程中收到的强烈冲击造成，同时产生大的燃弧现象，对于此类缺陷可以定义为一级缺陷，扣分标准权重设为5分，由于硬点和速度有强相关性，因此针对速度250 km/h和速度350 km/h速度等级线路分别设置一级和二级缺陷，一级缺陷扣分标准设为5分，二级缺陷设为1分。一跨内高差超限2A≥150 mm设置为一级缺陷，扣分标准为5分，100 mm≤一跨内高差超限2A<150 mm，扣分标准为1分。具体评价标准如表2。

表2 接触线平顺性参数扣分标准

(3)弓网受流参数

弓网受流参数包括弓网动态接触力、燃弧、接触线动态抬升量等，弓网接触力是影响弓网受流性能的最直接因素。图2为区段内动态接触力波形。

图2中用红色椭圆标出位置为最大接触力突变产生尖峰情况，最大接触力值为206 N，该突变的接触力最大值直接对接触网的整体质量产生影响，根据接触力的相关标准和速度等级分别定义速度250 km/h和速度350 km/h弓网接触力一级和二级缺陷。根据国内标准，弓网接触力最小值不小于20 N，因此弓网最小接触力Fmin<20 N定义为二级缺陷，扣分标准为5分，20 N≤弓网最小接触力Fmin<40 N定义为二级缺陷，扣分标准为1分。弓网接触力具体扣分标准见表3。

图2 动态接触力波形图

燃弧包括统计最大燃弧时间、燃弧次数和计算燃弧率。燃弧发生在接触网与受电弓滑板接触与非接触瞬间，产生的原因包括弓网振动不匹配、接触导线不平顺、导线本身的弹性不均匀和施工过程造成接触导线吊弦点处高度不平和产生导线波浪弯等方面。燃弧的产生对接触网、受电弓滑板产生不利影响，造成导线烧伤、滑板磨耗加剧，并且对周围环境产生电磁辐射，干扰沿线其他电器设备，同时造成弓网受流质量下降等。图3为典型区段燃弧数据波形。

图中用红色椭圆标出一次最大燃弧时间超过100 ms的位置，峰值为165 ms。该超限处的燃弧会对接触网导线和受电弓滑板产生磨耗，同时形成多次空气击穿对周围的运行设备和检测设备造成干扰。根据燃弧的相关标准，对超限值均定义为一级缺陷，扣分标准为5分，小于超限值但是对弓网受流性能还有一定影响的定义为二级缺陷，扣分标准为1分。燃弧具体扣分标准见表3。

图3 典型区段燃弧波形

接触线抬升量标准限值为120 mm，超出该值定义为一级缺陷，扣分标准为5分，根据联调联试结果，接触线动态抬升量大部分在80 mm以下，80 mm≤接触线抬升量ΔH<120 mm定义为二级缺陷，扣分标准为1分。接触线抬升量具体扣分标准见表3。

表3 弓网受流参数扣分标准

2 综合评价指标在线路试验中的应用

接触网动态综合评价指标是接触网性能的综合评价指标，该指标能够反映接触网整体的质量水平，对新线联调联试和既有线日常巡检中对线路维修维护提供依据。下面通过接触网动态检测综合评价指标在高铁线路上应用情况进行分析研究。

选取国内某条高铁一个区段的下行线接触网检测数据进行分析评价，分析评价的参数包括几何参数，平顺性参数和受流参数3类。按照各参数的评价标准，对区段内每公里接触网检测参数进行综合评价，区段内接触网质量综合评价扣分图如图4所示。

图4 上行线接触网质量评价扣分图(精修前)

通过分析可以看出，区段大部分接触网综合评价扣分数小于10分，达到优良标准，个别处有不合格现象，扣分数达到60多分，经过对原始评价数据分析，大部分扣分项目均为燃弧次数及燃弧超限，经过现场复核，不合格区段接触线存在连续波浪弯，该状态直接导致检测受电弓通过时出现大量燃弧，经过调试期间施工单位的维修和精细调整，区段内接触网燃弧消除，区段内接触网质量综合评价扣分图如图5所示。从图5中可以看出，经过调整维修过的区段内无接触网综合检测评价不合格处，均达到了优良标准。