劉郭輝，孫 吉

(中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司電氣化公司，北京 100036)

滬杭高速鐵路設(shè)計運行時速350 km，試運行階段以416.6 km/h刷新世界鐵路運營試驗最高速度，再次證明中國高速鐵路技術(shù)已全面領(lǐng)先世界。在動車組高速運行狀態(tài)下，接觸網(wǎng)面臨高沖擊、高振動等特點，且受電弓在高速運行下的動態(tài)包絡(luò)線發(fā)生很大變化，存在很多不確定因素。如何保證受電弓和接觸線之間的平穩(wěn)接觸是高速鐵路行車安全的基本保障，從弓網(wǎng)性能評價標(biāo)準(zhǔn)、接觸網(wǎng)靜動態(tài)檢測及接觸網(wǎng)各種缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合滬杭高速鐵路的實際施工經(jīng)驗，就接觸網(wǎng)在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段檢測缺陷分析及整治方案進(jìn)行闡述，為今后的高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段接觸網(wǎng)精調(diào)工作提供借鑒。

1 滬杭高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)主要技術(shù)方案

(1)受電弓采用UIC 608 Annex 4a標(biāo)準(zhǔn)寬度為1 950 mm的受電弓，弓頭寬度為1 450 mm。始觸區(qū)范圍為距離受電弓中心600～1 050 mm及抬升150 mm所構(gòu)成的空間區(qū)域。受電弓動態(tài)包絡(luò)線左右晃動量取值:直線為250 mm，曲線為350 mm;懸掛定位點處接觸線正常工作的最大抬升量為150 mm，如圖1所示。

圖1 始觸區(qū)范圍(單位:mm)

(2)客專正線接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償彈性鏈型懸掛方式，承力索線材采用JTMH120、接觸線采用CTMH150，張力系統(tǒng)采用承力索23 kN+接觸線28.5 kN組合。

(3)設(shè)計接觸線高度為5 300 mm，結(jié)構(gòu)高度1 600 mm，相鄰跨距之差不大于10 m，正線錨段長度不超過2×700 m。

(4)正線及有條件的站線采用兩跨式防斷中心錨結(jié);下錨補(bǔ)償采用傳動比為1∶3的棘輪補(bǔ)償裝置。

(5)正線采用具有限位功能的定位裝置，定位器及定位管的材質(zhì)均采用鋁合金;正線拉出值一般300 mm，曲線不超過400 mm，局部困難時取200 mm。

(6)隧外絕緣錨段關(guān)節(jié)、非絕緣錨段關(guān)節(jié)均采用五跨關(guān)節(jié)。

(7)電分相采用帶中性段、空氣絕緣間隙，且無電區(qū)長度D按不小于雙弓間距L=190 m的六跨關(guān)節(jié)式分相。

(8)正線18號道岔采用無交叉布置形式，42號道岔采用第3根輔助懸掛布置形式。

(9)彈性吊索采用銅合金絞線JTMH-35，張力采用3.5 kN。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)弓網(wǎng)受流評價標(biāo)準(zhǔn)

(1)彈性和彈性不均勻度

接觸懸掛的彈性，不僅是評價接觸網(wǎng)受流質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時也是影響高速受流質(zhì)量的重要因素，其值可用式(1)表示

式中，P為抬升力;L(x)為由抬升力P引起的接觸線抬升量;ε(x)為抬升點處的彈性值。

彈性僅代表某個點的接觸懸掛彈性性能，不具備整體概念，一般用彈性不均勻度評價整個跨距的彈性性能，具體計算公式見式(2)

式中，emax為跨距內(nèi)最大彈性;emin為跨距內(nèi)最小彈性。按照鐵建設(shè)［2006］167號《客運專線鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，全補(bǔ)償彈性鏈性懸掛在350 km/h速度等級下，彈性不均勻度不應(yīng)大于10%。

(2)動態(tài)接觸力

接觸網(wǎng)和受電弓間相互作用狀態(tài)表現(xiàn)為動態(tài)接觸力及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，主要控制最大、最小接觸壓力。最小接觸壓力過小將導(dǎo)致接觸不良，引起電弧;最大接觸壓力過大將造成接觸網(wǎng)的抬升量加大、受電弓運動振幅加大，受流狀況惡化。各參數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)如下:

最大值 Fmax=Fm+3σ≤350 N

最小值 Fmin=20 N

平均值 Fm≤0.000 97V2+70(N)

標(biāo)準(zhǔn)偏差 δ≤0.3×Fm(N)

(3)導(dǎo)線的抬升量

導(dǎo)線的動態(tài)抬升量在檢測時通過在線路附近架設(shè)高速高清攝像機(jī)，通過捕捉動車組高速通過時接觸線抬升圖像，經(jīng)過計算機(jī)分析計算得出。接觸線的動態(tài)抬升量，應(yīng)滿足設(shè)計要求。

(4)燃弧

燃弧產(chǎn)生的直接原因是接觸線與受電弓脫離(即離線)，離線一定時間就會在弓網(wǎng)之間產(chǎn)生電弧(即火花)。目前評價標(biāo)準(zhǔn)為:燃弧次數(shù)不大于1次/160 m。

(5)硬點

硬點反映的是垂直方向、水平方向上接觸線對受電弓的加速度(即對受電弓的阻力)。350 m/h線路評價標(biāo)準(zhǔn)為:其垂向加速度不大于588 m/s2(60g)。

(6)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)

接觸網(wǎng)幾何參數(shù)是評價接觸網(wǎng)質(zhì)量最為基本也是最為關(guān)鍵的一個指標(biāo)，其具體指標(biāo)參數(shù)為接觸線高度、拉出值、相鄰吊弦點高差、相鄰定位點高差。分為靜態(tài)幾何參數(shù)和動態(tài)幾何參數(shù)。目前靜態(tài)幾何參數(shù)的評價主要來源于鐵道部61號動車組檢測車以60 km/h進(jìn)行的光學(xué)非接觸式檢測。而動態(tài)幾何參數(shù)主要為動車組試驗車在不同速度等級下進(jìn)行的測量，主要評價指標(biāo)為1跨內(nèi)動態(tài)高差，其評價標(biāo)準(zhǔn)為不大于150 mm。接觸網(wǎng)幾何狀態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn)見表1，接觸網(wǎng)高差標(biāo)準(zhǔn)見圖2。

表1 接觸網(wǎng)幾何狀態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn) mm

圖2 接觸網(wǎng)高差標(biāo)準(zhǔn)示意(單位:mm)

3 主要檢測數(shù)據(jù)分析及整改措施

3.1 拉出值超標(biāo)分析及整改措施

拉出值超標(biāo)有以下因素:參照系選擇錯誤、測量數(shù)據(jù)誤差、計算因素(軌道線路超高和曲線數(shù)據(jù)、支柱裝配型式、腕臂預(yù)配誤差等)、安裝誤差。接觸網(wǎng)拉出值是以相對軌頂平面中心線而言的，而不是以水平面而言的。

在拿到拉出值超標(biāo)數(shù)據(jù)后，由于檢測數(shù)據(jù)給出的缺陷均是里程點，為便于作業(yè)班組找到缺陷點，技術(shù)人員應(yīng)先把每個點的支柱號標(biāo)示出來;然后作業(yè)班組按照支柱號去現(xiàn)場核對，如確實超標(biāo)，按照滿足設(shè)計值±30 mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治調(diào)整。為減少對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的改變，在拉出值整治中一般僅通過調(diào)整定位器支座在定位管上的位置來改變拉出值。但應(yīng)注意調(diào)整后，要復(fù)核懸掛點兩側(cè)跨中接觸線高度是否發(fā)生變化，如發(fā)生變化還需調(diào)整彈性吊索系統(tǒng)來使得接觸網(wǎng)高度符合要求。

3.2 定位點高度超標(biāo)分析及整改措施

定位點處接觸線高度超標(biāo)應(yīng)分為相對超標(biāo)和絕對超標(biāo)。相對超標(biāo)是指把定位點與相鄰定位點統(tǒng)籌考慮的超標(biāo)分析，分為同方向誤差及反方向誤差;絕對超標(biāo)是指接觸線高度超出設(shè)計值±30 mm范圍。產(chǎn)生誤差的主要原因有:定位點處的承力索高度與計算時高度不一致，吊弦預(yù)制錯誤，吊弦安裝位置錯誤等。

如是腕臂結(jié)構(gòu)原因產(chǎn)生的超標(biāo)，應(yīng)通過調(diào)整腕臂結(jié)構(gòu)改變承力索高度來整治;如是吊弦原因，應(yīng)直接更換吊弦。經(jīng)現(xiàn)場實際操作分析總結(jié)，升降導(dǎo)高的量與套管雙耳移動的量成1∶1的比例，即升導(dǎo)高10 mm需將套管雙耳往支柱移10 mm，反之降10 mm。在調(diào)整完后要用力矩扳手將所有螺栓按力矩標(biāo)準(zhǔn)擰固到位。升降腕臂30 mm內(nèi)對彈性吊索張力沒有太大影響，超過30 mm時必須對該點的彈性吊索張力重新復(fù)核。當(dāng)某區(qū)段腕臂出現(xiàn)整體偏高的情況，相鄰幾個定位點連續(xù)過高都需要降低，這時則從中錨側(cè)往下錨測施工，因為升、降一根腕臂時相鄰的腕臂也會受到相應(yīng)的影響，腕臂升30 mm相鄰?fù)蟊蹌t會升7～8 mm(1/4左右)。

3.3 吊弦高差分析及整改措施

定位點兩邊吊弦不等高和出現(xiàn)“V”字形的處理:有彈性吊索的定位點出現(xiàn)第一根吊弦不等高，是由于彈性吊索未安在中心或吊弦位置安裝不對造成的，此問題的處理措施為，將彈性吊索和吊弦移到合適位置即可;定位點出現(xiàn)“V”字形情況，主要是定位器對導(dǎo)線的水平力不夠，解決方法加大拉出值或?qū)⒌谝桓跸彝ㄎ稽c移即可。彈性吊索張力不符合標(biāo)準(zhǔn)會造成相鄰兩跨吊弦高差不合格，對此種情況，應(yīng)對彈性吊索進(jìn)行重新施工，在重新施加張力的同時對跨中導(dǎo)高進(jìn)行測量，當(dāng)跨中與定位點等高時說明張力達(dá)到計算值，完成整改。

如果連續(xù)數(shù)個點張力都存在問題，整改時必須從中錨方向往下錨方向整改。彈性吊索張力計是一種比較脆弱的測量工具，施工前應(yīng)對張力計進(jìn)行校對，防止張力計老化和損壞，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確給施工帶來不便。

3.4 硬點超標(biāo)分析及處理方法

(1)線路的不平順，會造成機(jī)車在該點有一定的沖擊，反應(yīng)到弓網(wǎng)關(guān)系上，也會測出硬點。該情況待軌道缺陷整改完后，對該區(qū)段先進(jìn)行測量復(fù)核，然后根據(jù)實際情況進(jìn)行整改。

(2)接觸導(dǎo)線的不平順，有硬彎。主要原因有:①在放線過程中，沒有嚴(yán)格控制放線張力、造成線索抖動出現(xiàn)的不平順;②在懸掛調(diào)整過程中，作業(yè)人員沒有遵守嚴(yán)禁給接觸線施加外力的要求，在定位點處用手硬抬導(dǎo)線、工具跌落對導(dǎo)線的砸傷、安裝吊弦時人上梯車框用手壓導(dǎo)線等造成。

該情況對硬點較大(超過100)的地點應(yīng)重點檢查是否有硬彎，如有應(yīng)使用5輪以上直彎器進(jìn)行矯正，嚴(yán)禁敲打。

(3)接觸線吊弦線夾的止動墊片未按要求到位、定位線夾的止動墊片未按要求到位、電連接線夾的偏斜，上述情況還不至于打弓的情況下會對受電弓造成某一點的集中沖擊力，也會檢測出硬點。

該情況應(yīng)重點檢查，如發(fā)現(xiàn)有上述情況的，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將止動墊片到位，電連接線夾偏斜嚴(yán)重的更換、重新壓接。

(4)定位器坡度不合理及限位間隙過小，會由于定位器抬升不夠在該點會產(chǎn)生硬點。

在硬點超限處，對前后150 m定位點處的定位器坡度、限位間隙進(jìn)行檢查。如有不滿足要求的，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行調(diào)整。

(5)受電弓運行方向會使接觸力發(fā)生改變，不同的受電弓運行模式，檢測的結(jié)果會發(fā)生變化。并且受電弓的跟隨特性如果不能與接觸網(wǎng)匹配，則反映到檢測結(jié)果上也可表現(xiàn)為硬點。該種情況則只能從機(jī)車方面進(jìn)行整改。受電弓運行方向示意見圖3。

圖3 受電弓運行方向示意

4 精調(diào)措施建議及注意事項

4.1 “四精”控制

高速鐵路的質(zhì)量控制相比普速鐵路有了質(zhì)的提高，已進(jìn)入“鐘表”維修時代。滬杭高速鐵路接觸網(wǎng)質(zhì)量控制提出了“四精”控制理念，這里的“四精”是指:精確測量、精確計算、精確預(yù)配、精確安裝。要滿足這“四精”控制要求就需成立專業(yè)化的測量隊伍、使用專業(yè)化的計算軟件、專業(yè)化的工廠預(yù)配、專業(yè)的安裝隊伍，通過精確的控制來達(dá)到高質(zhì)量。

4.2 主要精調(diào)措施

在接觸網(wǎng)后期精調(diào)過程中，從弓網(wǎng)關(guān)系的角度來說應(yīng)重點控制的是拉出值、定位點接觸線高度、相鄰定位點高差、相鄰吊弦點高差、硬點及火花，而這些控制從來不是獨立存在的，而是相互制約的。任何一個控制點的超標(biāo)都會帶來其他控制點的變化，因此在制定精調(diào)措施時應(yīng)綜合考慮、綜合分析。如不能準(zhǔn)確確定是哪個方向的問題時，不能輕易改變既有的接觸網(wǎng)狀態(tài)。

拉出值調(diào)整主要通過調(diào)整定位器支座在定位管的位置來實現(xiàn)。定位點的接觸線高度主要通過改變腕臂結(jié)構(gòu)(即通過改變平斜腕臂間連接器件)或更換吊弦來實現(xiàn)。相鄰定位高差則通過調(diào)整相鄰跨的定位點高度來保障。相鄰吊弦點高差則可通過少量調(diào)整吊弦安裝位置、改變彈吊張力實現(xiàn)。硬點及火花是個綜合問題，不能簡單地考慮，通過分解控制點，看該區(qū)段的其他控制點是否有超標(biāo)，如有則通過調(diào)整其他控制點到位。

4.3 注意事項

(1)在缺陷整治前，必須對現(xiàn)場狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確符合確認(rèn)，須在確定確有缺陷時才進(jìn)行整治。

(2)在每項缺陷整治前，必須先制定整治方案，保障方案切實可行。

(3)接觸網(wǎng)系統(tǒng)是個復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)，張力的變化對整個系統(tǒng)的影響很大，因此在進(jìn)行整治前須先檢測落錨裝置、中錨是否滿足要求后才能進(jìn)行。

(4)如須進(jìn)行彈性吊索張力改變的整治，須嚴(yán)格按照施工工藝要求從中錨側(cè)開始進(jìn)行。

(5)所有的缺陷整治，必須遵循改后復(fù)查的制度，不僅要對改變點進(jìn)行復(fù)查，還要進(jìn)行相鄰點的復(fù)查工作，避免因整治某點而造成該錨段發(fā)生變化。

(6)缺陷整治的步驟:根據(jù)評估表查找缺陷位置→確認(rèn)該錨段棘輪工作良好→現(xiàn)場測量→確認(rèn)缺陷，處理缺陷→處理完畢后進(jìn)行復(fù)測→填寫整改記錄。

5 滬杭高速鐵路靜態(tài)和動態(tài)整治前后檢測數(shù)據(jù)對比

(1)幾何參數(shù)檢測數(shù)據(jù)對比(表2)

表2 幾何檢測數(shù)據(jù)對比

(2)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)對比

單列動車組弓網(wǎng)受流性能檢測數(shù)據(jù)整治前后對比，檢測車最高檢測速度350 km/h，受電弓開口方向運行時，弓網(wǎng)動態(tài)接觸力最大值150～200 N，最小值60～165 N，平均值120～145 N;受電弓閉口方向運行時，弓網(wǎng)接觸力最大值200～295 N，最小值100～165 N，平均值150～220 N;數(shù)值分布符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。硬點數(shù)值基本分布在50～500 m/s2，數(shù)值分布符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢測區(qū)段接觸網(wǎng)無動態(tài)高差超限，檢測數(shù)據(jù)對比見檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表3、表4。

表3 上海動車所—筧橋線路所單列動車組弓網(wǎng)受流性能檢測(2010-09-01)

表4 上海虹橋—筧橋線路所單列動車組弓網(wǎng)受流性能檢測(2010-09-26)

雙列重聯(lián)動車組弓網(wǎng)受流性能檢測數(shù)據(jù)整治前后對比，檢測車最高檢測速度350 km/h，受電弓開口方向運行時，弓網(wǎng)動態(tài)接觸力最大值150～200 N、最小值50～90 N、平均值100～120 N;受電弓后弓閉口方向運行時，弓網(wǎng)接觸力最大值190～290 N、最小值80～145 N、平均值115～200 N;數(shù)值分布符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。硬點數(shù)值基本分布在50～500 m/s2，數(shù)值分布符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢測區(qū)段接觸網(wǎng)無動態(tài)高差超限，檢測數(shù)據(jù)對比見表5、表6。

表5 上海動車所—筧橋線路所雙列重聯(lián)動車組弓網(wǎng)受流性能檢測(2010-09-08)

表6 上海虹橋—筧橋線路所雙列重聯(lián)動車組弓網(wǎng)受流性能檢測(2010-09-23)

6 結(jié)語

中國鐵路已進(jìn)入高速鐵路時代，對弓網(wǎng)關(guān)系要求越來越高，經(jīng)過對滬杭高速鐵路弓網(wǎng)關(guān)系的分析，詳細(xì)闡述了弓網(wǎng)關(guān)系評價標(biāo)準(zhǔn)、靜態(tài)彈性及其不均勻系數(shù)、靜態(tài)抬升量和靜態(tài)抬升力，動態(tài)標(biāo)準(zhǔn)包括波動傳播速度、動態(tài)接觸壓力及其標(biāo)準(zhǔn)偏差、動態(tài)抬升量、離線率及離線時間等評價要點，根據(jù)滬杭高速鐵路精細(xì)化調(diào)整前后檢測數(shù)據(jù)對比，充分說明精細(xì)化調(diào)整是高速鐵路建設(shè)過程中一個極其重要、必不可少的工序，通過這個關(guān)鍵工序，將會極大地減少或者避免因高速鐵路弓網(wǎng)關(guān)系不良造成的硬點，保證供電的可靠和弓網(wǎng)安全，保證列車高速運行安全。

［1］劉永紅.鐵路客運專線接觸網(wǎng)系統(tǒng)工程技術(shù)的研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2006.

［2］于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2003.

［3］趙曉娜，吳興軍，徐根厚.德國高速鐵路接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng).中國鐵路，2008(9).

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2007］47號 新建時速300～350 km客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［5］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2006］167號 客運專線鐵路電力及牽引供電工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［6］中國鐵道科學(xué)研究院高速鐵路系統(tǒng)實驗國家工程實驗室.滬杭鐵路客運專線動態(tài)檢測報告(V1.0)［NELHSL-T-DI］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院高速鐵路系統(tǒng)實驗國家工程實驗室，2010.