高速铁路接触网定位坡度问题的分析与对策

张国栋 上海铁路局合肥供电段

高速铁路接触网定位坡度问题的分析与对策

张国栋 上海铁路局合肥供电段

2016年下半年高速弓网检测车连续检测出管内高铁接触网定位坡度超标问题。针对检测发现问题，认真进行分析研究，组织进行理论和现场验证，提出调整意见和整治措施。

高速铁路；定位坡度；分析；意见

高速铁路接触网定位装置是弓网受流关键装置，定位坡度不达标，直接影响到定位器、接触线与受电弓的动静态空间位置关系、相互作用力，严重影响运营安全。因此确保定位坡度在标准安全范围内，是保障高速铁路安全的重要保证。

1 问题概述

2016年高速弓网检测车连续检测车合蚌、合福、杭深、沪宁等高铁线路接触网定位坡度超标问题，检测出定位坡度不达标主要为定位坡度过小（0°～1°）。

2 问题分析

2.1 复测结果分析

现场组织对管内合蚌、合福高铁34处定位坡度超标位置进行逐一复测，发现34处定位坡度过小位置全部位于曲线区段，且外轨超高基本在125 mm以上。复测利用坡度仪测量，测量角度为定位器相对于水平面夹角，定位坡度全部合格；利用激光测量仪测量，测量角度为定位器相对于轨平面夹角，定位坡度全部不合格。

2.2 定位坡度不达标原因分析

2.2.1 定位坡度定义及检测标准

按照《中国铁路总公司关于印发〈高速铁路接触网运行维修规则〉的通知》(铁总运〔2015〕362号）第一百一十九条定义：“定位坡度为定位器与轨面连线之间的夹角”,老版检规未有明确规定。而合蚌、合福、杭深、沪宁等高铁接触网定位坡度按照铁四院和上海设计院的设计标准为“定位器与水平面之间夹角”。

高速弓网检测车检测装置接触网定位坡度测量标准执行362号关于定位坡度定义，定位坡度测量角度为定位器与受电弓之间夹角，受电弓平面等同于轨平面角度。

2.2.2 定位坡度不达标原理分析

由此可见，由于管内高铁定位坡度设计标准与动检车弓网检测标准不一致，动检定位坡度=设计定位坡度（相对于水平面）-轨平面（即受电弓平面）相对水平面夹角。受外轨超高影响，动检车在曲线区段检测的定位坡度普遍较小，是造成曲线区段检测出的定位坡度偏低的直接原因。动检车定位坡度检测参照物为受电弓平面，而受电弓平面角度近似轨平面，即在外轨超高在199 mm～323 mm时，定位器与受电弓角度检测角度为0°。原理图分析如图1所示。

图1 动检车接触网定位坡度检测原理图

2.3 定位坡度检测误差分析

在高铁定位坡度设计在8°～13°条件下，理论上只有对应外轨超高199 mm≤h≤323 mm时，即轨平面相对于水平面夹角为8°～13°，此时定位坡度与轨平面相对于水平面夹角一致，定位器相对于轨平面处于平行状态，相对角度为0°，如图2所示。

图2 定位坡度误差分析示意图

以合蚌、合福高铁为例，现场合蚌线外轨超高最大为175 mm,合福线外轨超高最大为165 mm,在外轨超高在175 mm、165 mm时，轨平面相对于水平面的夹角分别为7°、6.55°，即定位坡度检测最大误差△a=8°-6.55°=1.45°(或为受电弓抖动误差）。

2.4 定位坡度弓网检测不达标情况分析

按照高铁接触网设计标准：定位坡度根据不同曲线半径，定位坡度控制在8°～13°。

（1）按定位坡度（相对水平角度）上限13°测算时，当在轨平面角度（相对于水平面，下同）a〉5°时，定位器角度（相对于轨平面，下同）夹角b〈8°，即当外轨超高〉125 mm时，定位器角度b〈8°，按照设计标准定位坡度不达标，如图3所示。

图3 定位坡度角度分析（按设计上限13°）

（2）理论上存在外轨超高时，按定位坡度（相对水平角度）下限8°测算时，按照弓网检测标准定位坡度不达标。在实际施工中，定位坡度一般是按9°进行调整（曲外13°），在定位坡度为9°时，在a〉1°时，b〈8°，即当外轨超高〉25 mm时，定位器角度b〈8°，按照设计标准定位坡度不达标，如图4所示。

图4 定位坡度角度分析（按设计下限8°）

3 弓网关系分析

通过现场对管内高铁接触网定位坡度复测及网上检查确认，动检车检测出定位器相对于受电弓角度坡度过小（0°～1°）时，未侵入动态包络线，不影响弓网受流关系。具体分析如下：

3.1 止钉间隙满足设计要求

现场检查动检车检测出定位坡度偏低处所定位器止钉间隙均符合设计要求，满足受电弓最大动态抬升量150 mm的1.5倍即225 mm限位要求。

3.2 定位器本体状态良好

现场组织对34处定位坡度不达标处所逐一进行上网检查，未发现定位器与受电弓有刮碰痕迹，尤其是合蚌高铁在五年运行中弓网受流平稳正常，未出现定位器打弓现象。

3.3 定位器与受电弓受力及相对位置在安全范围内

通过观察受电弓过定位器状态，因曲线区段拉出值较大，一般为250 mm～350 mm，当受电弓过定位器时，定位器侵入受电弓工作区域限界部分较短，且垂直方向受定位线夹（约7cm）限制，止钉间隙满足定位器抬升空间需求，即使与受电弓处于同一水平面，也不会侵入动态包络线，不会出现定位器打弓现象。如图5所示。

图5 受电弓通过定位器现场图（定位坡度为0°）

3.4 设计定位坡度满足现场实际安全运行要求

现场合蚌线外轨超高最大175 mm，合福线外轨超高最大165 mm，测算出轨平面相对水平面夹角a1=7°（合蚌），a2= 6.55°（合福）。合蚌、合福高铁接触网定位坡度设计标准为8°～13°，此时定位器与受电弓平面有正向夹角，且存在1°以上安全余量，满足安全运行要求。如图6所示。

图6 合蚌、合福高铁在最大外轨超高时定位坡度

4 定位坡度调整意见

4.1 定位器作用解析

接触线安装完成后，定位点与其他吊弦点处于等高位置，定位点处接触线承受定位器作用于接触线的垂直拉力和水平拉力，使接触线达到力学平衡。定位器、接触线与受电弓的动静态空间位置关系、相互作用力是确保弓网平稳受流的关键。

4.2 定位坡度调整影响

定位器坡度由接触网系统参数决定，安装后处于受力平衡状态，不可随意调整，否则定位点会产生人为的抬升或降低，形成硬点。定位坡度过小，则可能发生受电弓与定位器碰撞，需要减少拉出值或加大第一吊弦距定位点的距离，定位管也要做适当抬高处理，增大开口距离。减小拉出值会加速受电弓的不均匀磨耗，增大第一根吊弦距定位点的距离会影响弓网受流质量。

4.3 定位坡度调整意见

通过研究，管内合蚌、合福高铁定位坡度设计标准能够满足现场安全运行要求。如冒然进行调整一是违反设计标准，无论证支持；二是必然引起拉出值技术参数变化，造成整个弓网关系变化，易造成硬点问题，影响弓网受流质量；三是调整难度大，原施工中在材料预配及安装已考虑受电弓轮廓线与定位装置相对安全位置，不易调整。因此不建议对检测出相对于轨平面定位坡度偏低处所进行调整。

5 结束语

通过理论验证及现场确认，只要保证定位器坡度满足设计规范8°～13°要求，且拉出值、止钉间隙技术参数满足规范要求，即可满足高铁线路运行安全。经过近半年来管内高铁现场运营验证，在定位坡度未调整情况下高铁线路运行安全稳定，节省了大量人力、物力，产生了可观经济和社会效益。

[1]《中国铁路总公司关于印发〈高速铁路接触网运行维修规则〉的通知》（铁总运〔2015〕362号）.

责任编辑：宋 飞

来稿时间：2017-02-17