超高速极限试验中接触网系统方案探讨

■ 李红梅

李红梅：中铁第四勘察设计院集团有限公司，教授级高级工程师，湖北 武汉，430063

摄影 张书梅

京津城际铁路、武广高速铁路在达到运行速度350 km/h，系统运行实现完整性、先进性、安全性、可靠性要求后，极限试验是保证运输系统安全稳定、提高运行质量及旅客信任度的有力保障。京津城际铁路和郑西高速铁路均创出单车394.2 km/h的实车试验速度。武广高速铁路于2009年12月，更是创出双车重联双弓取流条件下394.2 km/h的实车冲高试验速度。在轮轨系统具备进一步冲高的极限试验条件时，牵引供电接触网-受电弓系统如何具备挑战极限试验速度500 km/h及以上，甚至突破世界纪录574.8 km/h的能力，值得深入研究。

1 超高速极限试验中接触网系统方案

1.1 波动传播速度分析

波动传播速度的计算公式为：

式中：m'——接触线单位质量；

H ——接触线张力；

C ——波动传播速度。

波动传播速度是衡量受电弓动态受流性能的主要参数，波动传播速度越高，接触线的振动和弓网间的动态作用就越小，受流性能越优。国外高速接触网系统波动传播速度值见表1。

根据经验，最高运营速度一定要小于波动传播速度的70%，该经验已纳入EN50119和即将发布的《客运专线设计暂规》中。同样张力条件下，简单链型悬挂方式（简称“简链”）的最高运营速度与波动传播速度的比值还应更小。因此，为达到最高运营速度的同等性能，简链应采用比弹性链型悬挂方式（简称“弹链”）更大的接触导线张力，以加大波动传播速度，均衡弹性。

表1 国外高速接触网系统波动传播速度值

根据国外高速铁路极限试验经验，波动传播速度有可能是极限试验的目标速度。具体试验中，考虑到外部运行环境，实际最高极限速度应略有折减。

为适应不同的极限试验速度，在其他外部环境均满足要求的假设条件下，根据波动传播速度要求，计算得出试验速度与导线张力的对应关系（见图1）。

1.2 接触导线安全系数分析

接触导线张力加大，必定使安全系数减小。综合试验段在采用CuMg150接触导线时，安全系数极限值见图2。试验导线为新线，如果导线产生较大磨损时，则需对磨损情况进行评估后采取相应的安全措施（如换线），或确定提前大修日期并定期监控，以保证运营安全。

1.3 各项性能参数分析

对于高速铁路接触网，根据相关标准，跨中弹性值应当限制在0.4 mm/N以下。使用弹性吊索将会使弹性不均匀度小于10%，而无弹性吊索弹性不均匀度则小于25%。无弹性吊索接触网系统弹性变化量很大。无弹性吊索的接触悬挂在悬挂点比较硬，由此导致受电弓与接触线接触点的动态高度变化更大，这可以通过加大导线张力、缩短跨距或设置预留驰度得到改善。特别是对一些特殊点（如关节和道岔）更需正确的弹性优化设计。在我国高速接触网系统SiFCAT350技术基础上，满足不同极限试验速度的接触网性能参数适应性分析见表2。

图1 CuMg150接触导线试验速度张力曲线

图2 CuMg150接触导线试验速度安全系数曲线

表2 不同极限试验速度的接触网性能参数适应性分析

2 弓网动态性能评估

仿真分析在动态受流过程中，为确定新的接触网系统方案提供重要依据。由于世界上超过350 km/h及以上的弓网仿真软件及其评估均需试验数据进行验证，因此建议结合国外试验经验，以现场试验的动态数据监测为主进行评估。

极限试验接触网系统方案的优化调整，需反复开展现场地面和试验车的动态检测并及时进行评估，监测动态抬升量和弓网接触压力，尽可能避免极限试验失败造成的损失。同时，为超高速铁路弓网系统的基础理论深化研究提供现场测试数据。

3 不同试验速度接触网系统的实施建议

根据国外高速铁路极限试验的现场改造数据，简链悬挂在导线张力加大后，可创造极限试验的世界纪录。

在挑战极限试验中，弹链在张力变化后调整工作量较大，根据法国高速列车的试验经验，新建试验线路可在550 km/h以下速度的极限试验中，采用简链悬挂进行调整。

若开展进一步突破极限试验，可增加弹性吊索并进行精确调整，或直接采用系统方案的最大张力体系的弹链悬挂系统（试验方案四），有望刷新世界纪录。

[1]Kiessling/Puschmann/Schmieder,Siemens AG. Contact Lines for Electric Railways[M]. German：Publicis Corperate Publishing，2001

[2]CELENEC欧洲电工协会. EN50119:2001-Railway applications Fixed installations-Electric traction overhead contact lines[S]

[3]铁道部科学研究院. 国外高速铁路试验研究[R]，1988

[4]赵洪伦. 法国铁路非常高速试验综述[J]. 上海铁道学院学报，1992（6）

[5]罗庆中，黄乃勇. 国外高速铁路牵引供电系统的研究[R].铁道部科学研究院，1995

[6]Réseau Ferré de France (RFF)，ALSTOM，SNCF.THE ATTEMPT ON THE WORLD RAIL SPEED RECORD:Discovering the V150 trainset[R]，2008