郑西高铁接触网精测精修技术方案研究

2021-07-12刘长利

铁道机车车辆 2021年3期

刘长利

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043）

目前我国高铁接触网已形成具有自主特色的设计、施工和运营维护体系，在双弓受流性能、载流供电能力、防灾抗灾及智能监测检测等方面与国外技术相比具有一定优势。在接触网检修领域，国内专家和学者的研究主要集中在接触网运行维护体系、维修策略及模式等方面，如：文献［1-4］提出了铁路供电修程修制改革思路，及高速铁路接触网运行维修规则的总体框架和创新点；文献［5］对京津城际接触网进行了可靠性分析，开发了维修管理系统；文献［6］对现有的周期修与状态修相结合的高铁接触网检修模式提出了改善建议，并应用于京广高铁武汉供电段；文献［7］就大西高铁侯马北供电段应用高铁接触网检修模式进行了分析和研究，提出了优化维修模式、运用信息化生产管理系统、构建二级修（综合修）维修体系等。目前接触网维修的前沿研究是以可靠性为中心的维修（RCM）或主动维修策略，由于接触网RAMS评估或可靠性分析尚处于探索阶段，因此该维修策略近期暂时无法得到实施。

郑西高铁于2010年2月开通运营，是我国首批350 km/h高铁建设项目，开通运营至今已近十年，由于接触网运行环境复杂、供电负荷大，零部件振动疲劳问题逐渐显现，接触网服役状态发生变化，根据TG/GD 124-2015《高速铁路接触网运行检修规则》规定，接触网运行7年或弓架次达到50万次以上时应开展精测精修工作［8］。目前接触网精测精修在行业内尚处于起步阶段，该技术政策的实施需要探索和实践。在郑西高铁接触网精测精修技术方案研究中，考虑对精测精修的技术特性进行分析，从而制定针对性的设计原则、精测精修范围、项目和内容，并依据精测数据评价和分析诊断结果制定精修方案。

1 精测精修的技术特性

1.1 精测精修的技术要求

精测精修为接触网修程修制中的三级修，是指通过检测动态条件下的弓网作用参数，测量静态条件下的接触网几何位置，检验零部件质量状态，依据检测、检验分析结果，全面调整接触网静态几何参数、更换失效或接近预期寿命的零部件和设备、更换局部磨耗接近限值的接触导线，恢复接触网标准状态［9］。接触网精测精修应遵循专业化、机械化、集约化等维修方式，依靠铁路供电安全检测监测系统（6C系统）手段，采取集中修的组织模式。

1.2 精测精修的技术特性

精测精修具有独立性，应与一、二级修区别对待。接触网零部件或设备的运行状态达到或超出限界值的一级缺陷纳入一级修，达到或超出警示值且在限界值以内的二级缺陷纳入二级修。精测精修不属于缺陷整治工作，精测精修工作分精测、精修两个阶段完成，其中精测分为静态、动态检测和质量检验等3个子项目，精修分为精调、更换（临近预期寿命的零部件或设备）2个子项目，这5个子项目均独立于一、二级修工作。其中，精调工作的目标是：当接触网运行状态超出标准状态（或施工允许偏差值）且在警示值以内，运行状态不良且大面积发生，应进行精调工作，调整至标准状态（施工允许偏差以内）。接触网精测精修的精调工作范围界定如图1所示。

图1 接触网精测精修的精调工作范围

精测精修具有计划性。各铁路局负责编制精测精修计划，组织审批设计和实施方案，组织实施和竣工验收。根据各级修程的职责分工情况，一级修具有临时性和急迫性，由运行工区即时组织实施，二级修具有计划性，由维修工区有计划地组织实施，精测精修与一、二级修的时空关系可以理解为：当精测精修与一、二级修的维修地点、维修目标不同时，可以考虑同时实施；当维修的地点、目标相同时，应优先保证一级修工作的开展；鉴于精测精修与二级修均具有计划性，两者可以统筹实施。

精测精修具有全面性和系统性。精测精修包括精确检测、零部件检验、分析诊断与设计、精确修理、验收等环节。精测工作需对接触网进行内容全面的静态、动态检测，零部件、设备根据预期寿命或日常检查中发现存在质量隐患、无法确认其能否在预期寿命周期内安全运行时进行抽样送检；精调是精修工作的重要内容，应逐跨、整锚段进行，以使接触悬挂恢复至标准状态。精测数据的分析诊断分为接触网检测分析、零部件运行状态分析两项内容，综合考虑接触网运行状态监测数据、日常维护情况、线路运行条件、接触网结构特点及零部件工况等多项因素进行分析。

2 精测精修方案的设计原则

接触网精测精修的策划、设计及实施均处于高铁运营阶段，具有高标准技术要求和特殊性，需制定有针对性的设计原则。

精测精修应首要确保正常运输组织、动车组运行安全、接触网性能及可靠性。适用线路为200 km/h及以上的铁路和200 km/h以下仅运行动车组列车的铁路。

精测精修范围：对超出施工允许偏差值且在警示值以内的接触网运行状态不良者进行精调，对精调涉及的整体吊弦、临近预期寿命的零部件和设备进行更换，对技术寿命终止、技术标准升级换代、技术发展需要或购置受限的进口产品等进行全部更换；已纳入一、二级修或单独立项整治的工作内容除外。

执行的技术标准：铁路技术管理规程（高速铁路部分）、高速铁路电力牵引供电工程施工技术规程、高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准、高速铁路工程动态验收技术规范、铁路营业线施工安全管理办法等技术标准及文件。

勘测资料规定：标准状态资料包括原设计文件、接触网平面竣工图、“一杆一档”数据和非接触测量的完整数据（含波形图）及接触网零部件预期寿命状态等资料；接触网几何参数检测数据应包含接触线高度、高差、拉出值、接触线磨耗、定位器坡度、接触线相互位置（锚段关节、线岔、分相关节）等，并输出静态参数波形图；弓网动态检测数据应包含弓网动态接触力、受电弓弓头垂直加速度（硬点）、动态接触线高度、动态拉出值、离线、接触网电压等，并输出弓网动态检测参数波形图。

工程预算原则：执行营业线施工有关规定，按夜间4 h天窗时间编制施工组织计划，天窗日计划原则上逐日安排连续进行。按铁路更新改造工程并参考设备大修管理办法进行预算编制，按封锁线路每天上线一次，考虑人工、机械台班消耗调整系数；在精修工程预算中应考虑以下2项工作：每日天窗点内精调施工前需进行接触网参数复测，精调完毕需进行开通前交接验收。

3 精测精修范围的划定

精测精修范围按“重检慎修”方针进行划定。精测、精修两项工作可以采取不同的策略，精测工作宜按供电段管辖范围一次性组织完成，以便于全面收集数据、分析诊断和编制精修方案；精修工作宜采取分批次和小区段方式，以尽量缩小对铁路运行和供电安全的影响，并且便于维修后及时验收开通。

由于精测数据的分析诊断、精修设计、实施方案及预算审批、专业队伍组建及施工准备等工作的持续时间较长，当精修区段内发生一、二级修时，将导致接触网运行状态和参数发生变化，因此考虑到精测精修与一、二级修可能存在的相互干扰问题，精修单元宜按运行工区管辖范围进行划分，鉴于精修与二级修均具有计划性质，精修与二级修可以统筹实施。精测精修与一、二级修的最佳区段划分如图2所示。

图2 精测精修与一、二级修的最佳区段划分

4 精测数据评价和分析诊断方法

目前我国智能牵引供电系统已初步建立了供电运行检修管理系统，其中接触网PHM系统可实现接触网零部件故障诊断、接触网系统性能预测、健康管理及维修决策等功能，但该系统尚处于完善阶段，早期高铁项目数据不全，因此暂不能发挥作用。郑西高铁接触网精修项目和内容是根据精测数据评价和分析诊断结果确定的，主要在弓网动态作用特性成区段不良、接触网超标值增多及故障多发等3个方面进行。

4.1 动态检测数据的评价

现有的接触网运行质量指数CQI（接触网静态指数，Catenary Static Quality Index）、CPOI（弓网运行质量指数，Catenary Panpograph Operation Index）是依据高速弓网综合检测装置1C的动态检测数据子项如：接触线拉出值、接触线高度、弓网接触力、燃弧率等对接触网运行质量进行评价［10-11］，对于弓网动态作用特性成区段不良的问题，考虑采用CQI、CPOI指数进行评价。

4.2 静态检测数据的评价

对于接触网超标值增多的问题，主要指静态检测数据中超出标准状态（或施工允许偏差值）比例增多，具体达到多大比例才考虑纳入精修方案，需要采取定量分析手段。按照文献［8］第七章“维修技术标准”中检测项目进行静态检测，则CQI指数无法涵盖静态检测数据的所有子项，因此文中提出采用“不标准状态率”指标进行评价，按以下公式进行计算：

数据统计和计算方法为：逐项将静态检测数据与标准状态值进行比对，统计出不标准状态数量，然后计算出不标准状态率。静态检测数据经统计和计算后逐项汇总见表1。对于达到一定不标准状态率的检测项目或类别，经专家评估决定是否纳入精修方案。

表1 接触网静态精测数据评价及决策表

4.3 零部件预期寿命的分析诊断

对于故障多发问题，由于零部件、设备的质量检验与现场运行情况存在一定差异，个别试验标准、试验方法尚处于修编阶段，以产品质量检验结果判断能否继续安全使用或预期剩余寿命有一定难度。因此，当质量检验或分析诊断存在不确定性时，应参考日常运行维护情况（如：弓网故障、停电跳闸的影响程度及一、二级修情况等）进行综合评判。另外，当零部件和设备的技术寿命终止、技术标准升级换代时，应考虑进行全部更换。当早期高铁项目的进口产品存在购置、技术服务受限时，应考虑更换为符合国家或铁道行业标准的国内产品。

5 精测精修技术方案

郑西高铁的运营维护由郑州铁路局、西安铁路局分别承担，因此分区段进行接触网精测精修方案研究，依据设计原则划定了精测精修范围，并根据精测数据评价和分析诊断结果确定了精修项目和内容。由于之前这两个铁路局各自完成了管段内一些接触网缺陷整治工作，因此在精修范围、项目和内容上略有不同。

5.1 郑西高铁K947+691~K1076+244段

本区段精测范围为灵宝西~华山北区间K947+691至西安北站K1076+244，其中包含华山北、渭南北、临潼东、西安北等4个车站及4个区间。精测项目和内容见表2。

根据精测数据评价和分析诊断结果，研究确定了急迫实施的精修项目和内容。第一阶段精修项目和内容为：本区段绝缘锚段关节及电分相处66组、无交分线岔处70组的定位线夹U型销钉、定位支座/定位器钩等存在磨损情况，进行成套更换；临潼东站4组1/41道岔处带第三辅助索无交分线岔，由于第三辅助索锚段张力与正线接触网张力不一致，接触线磨耗略高于正线接触线，进行换线及精调。

5.2 郑西高铁K691+131~K758+660段

本区段精测设计范围为洛阳龙门站K691+131至渑池南站K758+660，其中包含洛阳龙门、渑池南2个车站及1个区间。精测项目为静态检测、动态检测、零部件和设备质量检验等3项。静态、动态检测内容基本与表2一致。零部件和设备质量检验送检内容为：定位器2套、定位线夹2套、定位支座2套、整体吊弦25套、弹性吊索线夹4套、弹性吊索吊弦4套、接触线中心锚结线夹1个、承力索中心锚结线夹1个、锚支定位卡子2个、定位管吊线2套、吊线固定钩2个、避雷器1台、下锚复合绝缘子2根。