隧道内刚性悬挂接触网汇流排振动参数的监测与分析

王小刚 高金山

（中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830092）

0 引言

刚性接触网汇流排是铁路电气化系统的重要组成部分，其稳定性和可靠性将直接关系到铁路的安全运行［1］。电气化列车通过受电弓与接触线进行接触，从而获取电能，在接触中施加的压力会导致接触线发生位移，从而带动汇流排发生位移［2-3］。在监测实车试验过程中，通过隧道内刚性悬挂接触网汇流排的振幅和振动频率来判断汇流排的振动情况，包括振幅大小和振动频率是否在正常范围内、是否存在振动异常等，从而及时发现汇流排的疲劳破坏，并采取相应维修措施，为刚性悬挂接触网汇流排的维护和管理提供参考［4-7］。

目前，我国虽有多条铁路隧道使用刚性悬挂接触网，但列车最高设计速度仅为160 km∕h。当列车速度提升至200 km∕h及以上时，刚性悬挂接触网汇流排的性能能否满足使用要求还有待进一步研究［8-9］。因此，通过现场试验来探索隧道内刚性悬挂接触网汇流排对200 km∕h 及以上动车组运行速度的适应性，对进一步完善我国高速铁路接触网的技术体系具有重要意义。

1 振动监测试验总体设计

1.1 接触网汇流排监测系统设计

接触网汇流排监测系统由传感采集模块、电源模块、综合处理软件组成，如图1 所示。监测系统具有监测数据输出、参数装订、自检测、系统状态指示、数据处理分析等功能。其中，综合处理软件可将传感器监测到的数据保存到存储卡中，经处理可获取位移（振幅）、频率等信息，并输出监测报表。

图1 接触网汇流排监测系统硬件组成

1.2 关键点处接触网汇流排振动监测

在某隧道内进行实车试验，隧道内的刚性悬挂接触网汇流排的截面为“Π”型（截面面积为2213 mm²），相邻悬挂点的间隔为8 m，每5 个悬挂点设1 个杆号。通过在刚性悬挂接触网汇流排处布置接触网振动监测设备，在试验过程中监测汇流排关键点的振动幅值和频率，具体监测位置为隧道K153 区段，关键点位于分段绝缘器附近（K153+990）和8 m 常规跨距的跨中（K153+977）。

2 振动试验数据分析

将传感器获得的数据存储在存储卡上，在监测结束后，直接将存储卡接入计算机，并运行综合处理软件，对监测数据进行读取和处理。

2.1 分段绝缘器旁悬挂点监测数据分析

分段绝缘器旁的监测数据为试验期间的振动波形，其中x轴为水平方向，y轴为顺线路方向，z轴为垂直方向。某日数据时域波形及频域分析如图2、图3所示。

图2 K153+990分段绝缘器测点振动波形（典型振动放大）

图3 K153+990分段绝缘器测点振幅频谱特性

K153+990 位置分段绝缘器旁悬挂点测点的速度—振幅关系统计数据见表1。

表1 分段绝缘器测点的速度—振幅关系统计数据

由表1 可知，在分段绝缘器的测点处，汇流排的最大振幅约为8.1 mm，发生在受电弓运行的反向闭口方向，此时列车的运行速度为180 km∕h。由图3可知，K153+990分段绝缘器测点处的振动频率峰值约为6 Hz。

由于受电弓的开口和闭口都会对刚性悬挂接触网的气动特性产生影响。因此，对开闭口工况下的汇流排振幅进行分析，开、闭口时的振幅和速度对应关系如图4、图5 所示。由图4、图5 可知，受电弓开口方向运行时的汇流排振幅小于受电弓闭口方向运行时的汇流排振幅，同时随着行车速度的增加，振动频率也会稍稍升高。

图4 K153+990位置分段绝缘器测点的速度—振幅关系（开口方向）

图5 K153+990位置分段绝缘器测点的速度—振幅位移关系（闭口方向）

2.2 8 m常规跨距的跨中监测数据分析

数据时域波形及频域分析如图6、图7 所示。由图可知，跨中监测的数据为振动波形，其中，x轴方向为水平方向，y轴方向为顺线路方向，z轴方向为垂直方向。8 m跨距跨中测点的速度—振幅关系统计数据见表2。

表2 8 m跨距跨中测点的速度—振幅关系统计数据

图6 K153+977常规8 m跨距跨中测点振动波形

图7 K153+977常规8 m跨距跨中测点振幅频谱特性

由表2 知，8 m 跨距跨中监测点处最大振幅约为7.2 mm，发生在受电弓运行的反向闭口方向，此时列车的运行速度为160 km∕h。

开、闭口工况时的对应关系如图8、图9 所示。对比表1、表2 后可知，列车行驶速度与汇流排最大振幅无明显的一致性关系。通过分析开闭口状态下的振幅大小可知，受电弓开口方向运行时的汇流排振幅要小于受电弓闭口方向运行时的汇流排振幅。同时随着行车速度的增加，振动频率稍有升高。由上述图表可知，在同一锚段内，分段绝缘器旁的振幅和悬挂点跨中的振幅接近；分段绝缘器处的振动收敛较快，跨中处的振动收敛较慢；跨中的振动频率比分段绝缘器旁更加集中。

图8 8 m跨距跨中测点的速度—振幅关系（闭口方向）

图9 8 m跨距跨中测点的速度—振幅关系（开口方向）

3 结论

在某隧道内刚性悬挂接触网汇流排上布置接触网振动监测设备，用于监测实车试验过程中的接触网关键点汇流排的振幅和振动频率，实测最大振幅为8 mm，振动频率峰值为6.0 Hz。随着列车行驶速度的加快，振幅会逐渐增加，振动频率也会稍有增加。在同一锚段内，分段绝缘器旁的振幅和悬挂点跨中的振幅接近，分段处的振动收敛快于跨中处，且跨中的振动频率比分段绝缘器旁要更加集中。研究结果为运行速度在200 km∕h 及以上动车组的刚性接触网汇流排工作的稳定性、可靠性提供数据支撑。