地铁刚性接触网锚段健康评价模型研究

摘要 为弥补地铁刚性接触网锚段质量评价的空白，根据行业规范和标准要求，文章介绍了适合地铁刚性接触网锚段健康评价模型，可为接触网质量鉴定提供依据，为接触网维保提供指导。通过应用地铁接触网检测数据，验证了该模型的有效性和科学性，该模型可以有效识别出接触网参数缺陷，提高维保效率和降低劳动成本。

关键词 接触网；质量评价；健康评价

中图分类号 U226.8 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0015-03

0 引言

接触网的初期研究主要集中在接触网的参数检测方法研究^[1-3]及检测数据处理系统研究上^[4-5]，近年来，接触网可靠性模型研究不断深化^[6]，学者张卫东首先提出了牵引供电接触网系统可靠性模型，确定了接触网系统分析模型指标^[7]；孙树光为接触网检测数据确定了等级，在不同等级不同分值的基础上再进行加权平均^[8]；王婧通过分析各项检测参数的数据特征及评价指数的应用目的，提出选用层次分析法对影响接触网运行质量指数的各因素进行赋权，从而使评价结果更加客观合理^[9-10]。

但上述研究主要针对的是柔性接触网，对地铁刚性接触网的健康评价目前仍处于探索阶段。所以需要建立一个刚性接触网质量评价体系，对刚性接触网锚段的健康状态进行一个量化的评估，为质量鉴定和维护保养提供参考和意见。

1 评价函数选择

接触网检测参数量纲不同。所以，要对各个参评参数进行无量纲化处理。选用了函数作为功效函数，见式（1），该函数通过调整a、b、c、d参数，可以灵活地改变自变量范围及曲线形状。

通过设定的关系构建logsig评价函数，当得分＞0.9分时，表示该参数处于标准值；当得分＞0.6分时，表示该参数处于警示值；当得分＞0.1分时，表示该参数处于限界值；当得分≤0.1分时，表示该参数处于超限值。不同的评价得分对应关系见表1。

2 参数评价函数的建立

根据接触网参数标准的阈值界限及现场设备参数分布规律，逐一建立导高超限、导高坡度、拉出值超限、拉出值斜率、弓网压力、燃弧、硬点、磨耗等评价函数。

2.1 导高超限

导高偏差超限时，可能造成弓网打火或弓网故障。接触线导高设计值为4 050 mm，标准值偏差±5 mm；警示值偏差±10 mm；限界值偏差±20 mm；偏差≥20 mm时，得出拟合函数，见式（2）。

2.2 导高坡度

导高坡度超限时，可能造成弓网打火或弓网故障。根据行业规范及现场分布规律，设定标准值＜0.5‰，警示值＜1‰，限界值＜2‰，极限值≥2‰，得出拟合函数，见式（3）。

2.3 拉出值超限

拉出值超限時，可能造成受电弓脱弓，引发弓网故障。目前，受电弓有效工作长度为1 050 mm，刚性接触网拉出值设计最大值为±300 mm以内，标准值偏差±10 mm；警示值偏差±30 mm；限界值偏差±50 mm；偏差≥50 mm时，视为超限值，得出拟合函数，见式（4）。

2.4 拉出值斜率

拉出值斜率超限，容易引发受电弓碳滑板磨耗不均匀。根据行业规范及现场分布规律，设计值为5 mm/m，标准值偏差为1 mm/m；警示值偏差为2 mm/m；限界值偏差为3 mm/m；偏差≥3 mm/m时，则视为超限值，得出拟合函数，见式（5）。

2.5 弓网压力

弓网压力超限时，可能造成弓网打火或弓网故障。对于直流1 500 V制式，弓网压力应符合以下评判标准：

（1）接触力的最大值（N）：F_m，max<0.000 97v²+140

（2）接触力的最小值（N）：F_m，min>0.001 12v²+70

动态检测车运行时速最低为40 km/h，最高为80 km/h，根据行业规范及现场分布规律，得出拟合函数，见式（6）。

2.6 燃弧

燃弧超限时，可能造成接触线和碳滑板异常磨耗，甚至烧蚀接触线。根据行业规范及现场分布规律，设定燃弧时间≥100 ms为超限值；燃弧时间≥80 ms为限界值；燃弧时间≥60 ms为警示值；燃弧时间＜60 ms为标准值，得出拟合函数，见式（7）。

2.7 磨耗

磨耗超限时，可能会损伤汇流排钳口。根据行业规范及现场分布规律，设定接触线磨耗高度＜5.3 mm为标准值；接触线磨耗高度＜6.3 mm为警示值；接触线磨耗高度＜7.3 mm为限界值；接触线磨耗高度≥7.3 mm为超限值，得出拟合函数，见式（8）。

2.8 硬点

硬点超限时，可能引发弓网打火或弓网故障。根据行业规范及现场分布规律，设定受电弓垂向加速度≥50 g即为超限值；受电弓垂向加速度≥40 g为限界值；受电弓垂向加速度≥30 g为警示值；受电弓垂向加速度＜30 g为标准值，得出拟合函数，见式（9）。

3 综合评价函数的建立

3.1 组合赋值法

在接触网系统中，每个参数对系统的影响程度各不相同，因此需要对不同的参数进行权重赋值^[10]。

3.2 参数权重的确定

邀请专家通过层次分析法对各个参数的致险可能性及后果严重性进行评分，得出各参数判断矩阵M，见式（10）。

平均随机一致性指标RI=1.41，最大特征根λ_max=8.40，求得CI=0.06，CR=0.04，小于 0.1，通过一致性检验。重复以上步骤，平均多位专家的评分后，得出权重系数见表2。

为了增强公式的科学性，避免部分参数权重较小，当影响行车安全的参数出现超限值后，锚段健康评价得分仍然较高。拟再乘以各影响行车安全的参数得分最小值，锚段健康评价函数如式（11）所示：

y_{锚段健康度}=100×（0.21×y_{拉出值超限}+0.07×y_{拉出值斜率}+0.22×y_导高超限+0.09×y_导高坡度+0.06×y_弓网压力+0.18×y_硬点+0.11×y_燃弧+0.06×y_磨耗）×MIN（y_{拉出值超限}， y_导高超限， y_弓网压力， y_燃弧， y_硬点）（11）

由式（11）得出的2号线下行刚性接触网锚段健康评价结果（如图1所示），该评价结果相对合理，能快速找出现场影响行车安全的超限问题，满足管理需求。

4 数据可视化

目前厦门地铁已建立接触网数据分析平台（如图2所示）。该平台具备检修记录录入、检测数据上传及智能计算与分析、锚段健康评价展示、健康评价缺陷汇总、维保优化建议等功能。

5 结束语

该文介绍的刚性接触网锚段健康评价体系可快速识别质量状态不佳的问题，找出问题锚段、问题定位点及问题参数。目前已发现导高、拉出值、弓网压力、硬点、燃弧、磨耗等问题181项，评价结果客观合理，可以更好地评价刚性接触网动态参数性能。

参考文献

[1]吴积钦. 电气化铁道接触线拉出值检测装置[J]. 铁道学报， 1996（2）： 78-81.

[2]苏平安. 接触网参数检测系统研究[D]. 成都：西南交通大学， 2003.

[3]李佶林. 接触网几何参数非接触式检测装置研发[D]. 成都：电子科技大学， 2018.

[4]曾明， 吴积钦. 接触网检测车检测结果数据处理系统研究[J]. 电气化铁道， 2003（6）： 32-34.

[5]李梦和. 刚性接触网参数检测与评价系统研究[D]. 成都：西南交通大学， 2005.

[6]谢晨琳， 于龙， 陈可， 等. 基于AHP-熵权法的400 km/h高速铁路接触网可信度评价[J]. 高速铁路技术， 2021（5）： 17-22.

[7]张卫东， 贺威俊. 电力牵引接触网系统可靠性模型研究[J]. 铁道学报， 1993（1）： 31-38.

[8]孙树光. 接触网动态设备质量评价标准及检测数据分析[J]. 电气化铁道， 2014（4）： 9-12+17.

[9]王婧. 基于層次分析法的接触网区段质量评价影响因素权重确定研究[J]. 中国铁路， 2019（4）： 60-64.

[10]王婧， 张文轩， 王斌， 等. 弓网运行质量指数评价函数优化研究[J]. 中国铁路， 2020（8）： 1-6.

收稿日期：2023-11-20

作者简介：肖文龙（1989—），男，本科，工程师，研究方向：接触网技术研究及应用、健康模型研究、数字化研究、材料研究等。