沪杭高速铁路弓网检测分析及整治方案研究

刘郭辉，孙 吉

(中铁电气化局集团有限公司电气化公司，北京 100036)

沪杭高速铁路设计运行时速350 km，试运行阶段以416.6 km/h刷新世界铁路运营试验最高速度，再次证明中国高速铁路技术已全面领先世界。在动车组高速运行状态下，接触网面临高冲击、高振动等特点，且受电弓在高速运行下的动态包络线发生很大变化，存在很多不确定因素。如何保证受电弓和接触线之间的平稳接触是高速铁路行车安全的基本保障，从弓网性能评价标准、接触网静动态检测及接触网各种缺陷产生原因进行系统分析，结合沪杭高速铁路的实际施工经验，就接触网在联调联试阶段检测缺陷分析及整治方案进行阐述，为今后的高速铁路联调联试阶段接触网精调工作提供借鉴。

1 沪杭高速铁路接触网系统主要技术方案

(1)受电弓采用UIC 608 Annex 4a标准宽度为1 950 mm的受电弓，弓头宽度为1 450 mm。始触区范围为距离受电弓中心600～1 050 mm及抬升150 mm所构成的空间区域。受电弓动态包络线左右晃动量取值:直线为250 mm，曲线为350 mm;悬挂定位点处接触线正常工作的最大抬升量为150 mm，如图1所示。

图1 始触区范围(单位:mm)

(2)客专正线接触网采用全补偿弹性链型悬挂方式，承力索线材采用JTMH120、接触线采用CTMH150，张力系统采用承力索23 kN+接触线28.5 kN组合。

(3)设计接触线高度为5 300 mm，结构高度1 600 mm，相邻跨距之差不大于10 m，正线锚段长度不超过2×700 m。

(4)正线及有条件的站线采用两跨式防断中心锚结;下锚补偿采用传动比为1∶3的棘轮补偿装置。

(5)正线采用具有限位功能的定位装置，定位器及定位管的材质均采用铝合金;正线拉出值一般300 mm，曲线不超过400 mm，局部困难时取200 mm。

(6)隧外绝缘锚段关节、非绝缘锚段关节均采用五跨关节。

(7)电分相采用带中性段、空气绝缘间隙，且无电区长度D按不小于双弓间距L=190 m的六跨关节式分相。

(8)正线18号道岔采用无交叉布置形式，42号道岔采用第3根辅助悬挂布置形式。

(9)弹性吊索采用铜合金绞线JTMH-35，张力采用3.5 kN。

2 高速铁路接触网弓网受流评价标准

(1)弹性和弹性不均匀度

接触悬挂的弹性，不仅是评价接触网受流质量的重要指标，同时也是影响高速受流质量的重要因素，其值可用式(1)表示

式中，P为抬升力;L(x)为由抬升力P引起的接触线抬升量;ε(x)为抬升点处的弹性值。

弹性仅代表某个点的接触悬挂弹性性能，不具备整体概念，一般用弹性不均匀度评价整个跨距的弹性性能，具体计算公式见式(2)

式中，emax为跨距内最大弹性;emin为跨距内最小弹性。按照铁建设［2006］167号《客运专线铁路电力牵引供电工程施工质量验收暂行标准》的规定，全补偿弹性链性悬挂在350 km/h速度等级下，弹性不均匀度不应大于10%。

(2)动态接触力

接触网和受电弓间相互作用状态表现为动态接触力及其标准偏差，主要控制最大、最小接触压力。最小接触压力过小将导致接触不良，引起电弧;最大接触压力过大将造成接触网的抬升量加大、受电弓运动振幅加大，受流状况恶化。各参数评价标准如下:

最大值 Fmax=Fm+3σ≤350 N

最小值 Fmin=20 N

平均值 Fm≤0.000 97V2+70(N)

标准偏差 δ≤0.3×Fm(N)

(3)导线的抬升量

导线的动态抬升量在检测时通过在线路附近架设高速高清摄像机，通过捕捉动车组高速通过时接触线抬升图像，经过计算机分析计算得出。接触线的动态抬升量，应满足设计要求。

(4)燃弧

燃弧产生的直接原因是接触线与受电弓脱离(即离线)，离线一定时间就会在弓网之间产生电弧(即火花)。目前评价标准为:燃弧次数不大于1次/160 m。

(5)硬点

硬点反映的是垂直方向、水平方向上接触线对受电弓的加速度(即对受电弓的阻力)。350 m/h线路评价标准为:其垂向加速度不大于588 m/s2(60g)。

(6)接触网几何参数

接触网几何参数是评价接触网质量最为基本也是最为关键的一个指标，其具体指标参数为接触线高度、拉出值、相邻吊弦点高差、相邻定位点高差。分为静态几何参数和动态几何参数。目前静态几何参数的评价主要来源于铁道部61号动车组检测车以60 km/h进行的光学非接触式检测。而动态几何参数主要为动车组试验车在不同速度等级下进行的测量，主要评价指标为1跨内动态高差，其评价标准为不大于150 mm。接触网几何状态检测标准见表1，接触网高差标准见图2。

表1 接触网几何状态检测标准 mm

图2 接触网高差标准示意(单位:mm)

3 主要检测数据分析及整改措施

3.1 拉出值超标分析及整改措施

拉出值超标有以下因素:参照系选择错误、测量数据误差、计算因素(轨道线路超高和曲线数据、支柱装配型式、腕臂预配误差等)、安装误差。接触网拉出值是以相对轨顶平面中心线而言的，而不是以水平面而言的。

在拿到拉出值超标数据后，由于检测数据给出的缺陷均是里程点，为便于作业班组找到缺陷点，技术人员应先把每个点的支柱号标示出来;然后作业班组按照支柱号去现场核对，如确实超标，按照满足设计值±30 mm的标准进行整治调整。为减少对接触网系统的改变，在拉出值整治中一般仅通过调整定位器支座在定位管上的位置来改变拉出值。但应注意调整后，要复核悬挂点两侧跨中接触线高度是否发生变化，如发生变化还需调整弹性吊索系统来使得接触网高度符合要求。

3.2 定位点高度超标分析及整改措施

定位点处接触线高度超标应分为相对超标和绝对超标。相对超标是指把定位点与相邻定位点统筹考虑的超标分析，分为同方向误差及反方向误差;绝对超标是指接触线高度超出设计值±30 mm范围。产生误差的主要原因有:定位点处的承力索高度与计算时高度不一致，吊弦预制错误，吊弦安装位置错误等。

如是腕臂结构原因产生的超标，应通过调整腕臂结构改变承力索高度来整治;如是吊弦原因，应直接更换吊弦。经现场实际操作分析总结，升降导高的量与套管双耳移动的量成1∶1的比例，即升导高10 mm需将套管双耳往支柱移10 mm，反之降10 mm。在调整完后要用力矩扳手将所有螺栓按力矩标准拧固到位。升降腕臂30 mm内对弹性吊索张力没有太大影响，超过30 mm时必须对该点的弹性吊索张力重新复核。当某区段腕臂出现整体偏高的情况，相邻几个定位点连续过高都需要降低，这时则从中锚侧往下锚测施工，因为升、降一根腕臂时相邻的腕臂也会受到相应的影响，腕臂升30 mm相邻腕臂则会升7～8 mm(1/4左右)。

3.3 吊弦高差分析及整改措施

定位点两边吊弦不等高和出现“V”字形的处理:有弹性吊索的定位点出现第一根吊弦不等高，是由于弹性吊索未安在中心或吊弦位置安装不对造成的，此问题的处理措施为，将弹性吊索和吊弦移到合适位置即可;定位点出现“V”字形情况，主要是定位器对导线的水平力不够，解决方法加大拉出值或将第一根吊弦往定位点移即可。弹性吊索张力不符合标准会造成相邻两跨吊弦高差不合格，对此种情况，应对弹性吊索进行重新施工，在重新施加张力的同时对跨中导高进行测量，当跨中与定位点等高时说明张力达到计算值，完成整改。

如果连续数个点张力都存在问题，整改时必须从中锚方向往下锚方向整改。弹性吊索张力计是一种比较脆弱的测量工具，施工前应对张力计进行校对，防止张力计老化和损坏，导致测量数据不准确给施工带来不便。

3.4 硬点超标分析及处理方法

(1)线路的不平顺，会造成机车在该点有一定的冲击，反应到弓网关系上，也会测出硬点。该情况待轨道缺陷整改完后，对该区段先进行测量复核，然后根据实际情况进行整改。

(2)接触导线的不平顺，有硬弯。主要原因有:①在放线过程中，没有严格控制放线张力、造成线索抖动出现的不平顺;②在悬挂调整过程中，作业人员没有遵守严禁给接触线施加外力的要求，在定位点处用手硬抬导线、工具跌落对导线的砸伤、安装吊弦时人上梯车框用手压导线等造成。

该情况对硬点较大(超过100)的地点应重点检查是否有硬弯，如有应使用5轮以上直弯器进行矫正，严禁敲打。

(3)接触线吊弦线夹的止动垫片未按要求到位、定位线夹的止动垫片未按要求到位、电连接线夹的偏斜，上述情况还不至于打弓的情况下会对受电弓造成某一点的集中冲击力，也会检测出硬点。

该情况应重点检查，如发现有上述情况的，按照作业标准将止动垫片到位，电连接线夹偏斜严重的更换、重新压接。

(4)定位器坡度不合理及限位间隙过小，会由于定位器抬升不够在该点会产生硬点。

在硬点超限处，对前后150 m定位点处的定位器坡度、限位间隙进行检查。如有不满足要求的，按照作业标准的要求进行调整。

(5)受电弓运行方向会使接触力发生改变，不同的受电弓运行模式，检测的结果会发生变化。并且受电弓的跟随特性如果不能与接触网匹配，则反映到检测结果上也可表现为硬点。该种情况则只能从机车方面进行整改。受电弓运行方向示意见图3。

图3 受电弓运行方向示意

4 精调措施建议及注意事项

4.1 “四精”控制

高速铁路的质量控制相比普速铁路有了质的提高，已进入“钟表”维修时代。沪杭高速铁路接触网质量控制提出了“四精”控制理念，这里的“四精”是指:精确测量、精确计算、精确预配、精确安装。要满足这“四精”控制要求就需成立专业化的测量队伍、使用专业化的计算软件、专业化的工厂预配、专业的安装队伍，通过精确的控制来达到高质量。

4.2 主要精调措施

在接触网后期精调过程中，从弓网关系的角度来说应重点控制的是拉出值、定位点接触线高度、相邻定位点高差、相邻吊弦点高差、硬点及火花，而这些控制从来不是独立存在的，而是相互制约的。任何一个控制点的超标都会带来其他控制点的变化，因此在制定精调措施时应综合考虑、综合分析。如不能准确确定是哪个方向的问题时，不能轻易改变既有的接触网状态。

拉出值调整主要通过调整定位器支座在定位管的位置来实现。定位点的接触线高度主要通过改变腕臂结构(即通过改变平斜腕臂间连接器件)或更换吊弦来实现。相邻定位高差则通过调整相邻跨的定位点高度来保障。相邻吊弦点高差则可通过少量调整吊弦安装位置、改变弹吊张力实现。硬点及火花是个综合问题，不能简单地考虑，通过分解控制点，看该区段的其他控制点是否有超标，如有则通过调整其他控制点到位。

4.3 注意事项

(1)在缺陷整治前，必须对现场状态进行准确符合确认，须在确定确有缺陷时才进行整治。

(2)在每项缺陷整治前，必须先制定整治方案，保障方案切实可行。

(3)接触网系统是个复杂的力学系统，张力的变化对整个系统的影响很大，因此在进行整治前须先检测落锚装置、中锚是否满足要求后才能进行。

(4)如须进行弹性吊索张力改变的整治，须严格按照施工工艺要求从中锚侧开始进行。

(5)所有的缺陷整治，必须遵循改后复查的制度，不仅要对改变点进行复查，还要进行相邻点的复查工作，避免因整治某点而造成该锚段发生变化。

(6)缺陷整治的步骤:根据评估表查找缺陷位置→确认该锚段棘轮工作良好→现场测量→确认缺陷，处理缺陷→处理完毕后进行复测→填写整改记录。

5 沪杭高速铁路静态和动态整治前后检测数据对比

(1)几何参数检测数据对比(表2)

表2 几何检测数据对比

(2)动态检测数据对比

单列动车组弓网受流性能检测数据整治前后对比，检测车最高检测速度350 km/h，受电弓开口方向运行时，弓网动态接触力最大值150～200 N，最小值60～165 N，平均值120～145 N;受电弓闭口方向运行时，弓网接触力最大值200～295 N，最小值100～165 N，平均值150～220 N;数值分布符合相关标准。硬点数值基本分布在50～500 m/s2，数值分布符合相关标准，检测区段接触网无动态高差超限，检测数据对比见检测数据统计表3、表4。

表3 上海动车所—笕桥线路所单列动车组弓网受流性能检测(2010-09-01)

表4 上海虹桥—笕桥线路所单列动车组弓网受流性能检测(2010-09-26)

双列重联动车组弓网受流性能检测数据整治前后对比，检测车最高检测速度350 km/h，受电弓开口方向运行时，弓网动态接触力最大值150～200 N、最小值50～90 N、平均值100～120 N;受电弓后弓闭口方向运行时，弓网接触力最大值190～290 N、最小值80～145 N、平均值115～200 N;数值分布符合相关标准。硬点数值基本分布在50～500 m/s2，数值分布符合相关标准，检测区段接触网无动态高差超限，检测数据对比见表5、表6。

表5 上海动车所—笕桥线路所双列重联动车组弓网受流性能检测(2010-09-08)

表6 上海虹桥—笕桥线路所双列重联动车组弓网受流性能检测(2010-09-23)

6 结语

中国铁路已进入高速铁路时代，对弓网关系要求越来越高，经过对沪杭高速铁路弓网关系的分析，详细阐述了弓网关系评价标准、静态弹性及其不均匀系数、静态抬升量和静态抬升力，动态标准包括波动传播速度、动态接触压力及其标准偏差、动态抬升量、离线率及离线时间等评价要点，根据沪杭高速铁路精细化调整前后检测数据对比，充分说明精细化调整是高速铁路建设过程中一个极其重要、必不可少的工序，通过这个关键工序，将会极大地减少或者避免因高速铁路弓网关系不良造成的硬点，保证供电的可靠和弓网安全，保证列车高速运行安全。

［1］刘永红.铁路客运专线接触网系统工程技术的研究［D］.成都:西南交通大学，2006.

［2］于万聚.高速电气化铁路接触网［M］.成都:西南交通大学出版社，2003.

［3］赵晓娜，吴兴军，徐根厚.德国高速铁路接触网检测系统.中国铁路，2008(9).

［4］中华人民共和国铁道部.铁建设［2007］47号 新建时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［5］中华人民共和国铁道部.铁建设［2006］167号 客运专线铁路电力及牵引供电工程施工质量验收暂行标准［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［6］中国铁道科学研究院高速铁路系统实验国家工程实验室.沪杭铁路客运专线动态检测报告(V1.0)［NELHSL-T-DI］.北京:中国铁道科学研究院高速铁路系统实验国家工程实验室，2010.