国外AC 25 kV高速刚性接触网系统弓网动态测试分析

王 田，王 宏，王北维，罗雁康，严小宾

0 引言

近年来，刚性悬挂接触网系统以其零部件少、净空要求低、载流量大、可靠性高、维修便捷等优点[1]，在我国轨道交通领域得到广泛应用。自2003年6月我国首个刚性接触网系统在广州地铁2号线投运以来，运营实践证明其运行效果良好[2]，并在国内兰武二线乌鞘岭隧道、青藏铁路新关角隧道、南疆铁路中天山隧道的铁路工程中有所应用。目前，国内刚性接触网系统最高运行速度为160 km/h，尚无160 km/h以上速度等级的运行案例或测试记录[3]。

1 S tanton隧道刚性悬挂系统介绍

Stanton隧道位于英国莱仕特郡（Leicestershire），隧道形式为单洞双线隧道，轨道基础采用有砟道床，电压等级AC 25 kV，其刚性悬挂段长度1.2 km，是英国第一条采用高速刚性悬挂接触网系统的线路。Stanton隧道刚性悬挂系统采用7.5 m跨距布置，CR4（四代）汇流排，铰链式水平悬臂，定位点为弹性定位，设计时速220 km，运营时速200 km，于2016年6月14—16日进行了145～200 km/h速度的弓网测试，验证Stanton隧道刚性悬挂接触网系统的适用性和可靠性。

2 弓网测试评价标准

根据国际电工委员会IEC 62486-2017标准和欧盟TSI（Technical Specification for Interoperability）铁路互联互通技术规范[4]，AC 25 kV刚性接触网系统弓网动态性能评价相关标准的规定如表1所示。

由弓网接触力评价标准可以看出，在最小接触力Fmin和最大接触力Fmax处于0～350 N的情况下，刚性接触网系统弓网受流质量可以用平均接触力Fm与接触力标准差σ的关系来衡量，这也是对弓网受流质量进行评价的普适性方法。为了验证本次弓网测试完全符合上述标准，增加本次弓网测试获得的接触力数据可信度，以更高的标准和要求对已获取弓网接触力数据进行合理性检验，本次弓网测试中，对于平均接触力Fm与接触力标准差σ的关系，在满足上述标准的前提下采用一种更加严格的考量标准：①σ/Fm＜0.25；②Fm- 3σ＞25 N；③Fm-3σ＞0.3Fm。采用该弓网受流评价标准，对刚性接触网系统的可靠性和弓网适应性提出了更高的要求，进一步确保刚性接触网系统在高速运行下安全可靠。

表1 AC 25 kV刚性接触网系统弓网动态接触力评价标准

3 弓网测试设备与受电弓布置

（1）车辆：使用2组（每组5列编组）且每组带有一个受电弓的Hitachi Class 800 units测试车辆，以此构成双弓牵引的取流制式，受电弓型号为Brecknell Willis HSX 250型，前弓静态接触力70 N，后弓静态接触力90 N。

（2）受电弓布置：测试列车采用双弓牵引，2组列车每组各配备一个受电弓，受电弓间距为200 m，前车顺弓后车逆弓的布置形式（图1），测试速度范围为145～200 km/h。

图1 测试列车双弓牵引弓间距200 m布置形式

（3）设备：弓网动态测试数据采用DB System Technik公司（德国铁路系统技术公司，简称DBST）的遥测设备进行收集。该设备在欧洲境内的铁路领域应用广泛，其测试精度经过了弓网动态测试验证并遵循欧洲标准EN 50317的规定，测试数据经过计算机处理后可进行可视化展示，并可以文件、视频影像等形式输出。

4 弓网测试结果

基于以上测试车辆、受电弓布置以及相关测试设备，针对Stanton隧道刚性接触网系统区间（K186+581.8～K187+786.4）进行了为期3天的弓网检测，按照速度145、160、175、190、200 km/h共5个速度等级进行测试，收集并整理了在弓间距为200 m布置下各个速度等级下弓网动态测试接触力波形图、接触力指标特征值以及接触力指标统计图。

4.1 接触力测试波形图

Stanton隧道刚性接触网系统在5个速度等级下的弓网接触力波形见图2。由于篇幅原因，本文只展示在Stanton隧道K186+581.8～K187+786.4刚性接触网区间内300 m长度区段的弓网接触力测试波形。

图2 S tanton隧道刚性接触网系统前后弓接触力测试波形

4.2 接触力指标特征值统计

将Stanton隧道刚性接触网系统弓网接触力特征值进行统计，在速度145、160、175、190、200 km/h共5个速度等级下，各项指标均符合标准要求，表明弓网受流质量良好，具体见表2。

表2 S tanton隧道刚性接触网系统弓网接触力指标特征值统计

4.3 接触力指标曲线图

基于以上测试数据，针对不同的速度等级绘制Stanton隧道刚性接触网系统弓网接触力特征值统计图，如图3所示。

图3 S tanton隧道不同速度等级弓网接触力统计

5 弓网测试数据分析

（1）受电弓在空气介质中运行会受到气动作用力，且随着速度的提高将会在弓网系统中形成不稳定性气流[5]。由表2可以看出，在145～200 km/h的速度范围内，弓网接触力平均值Fm和接触力标准差σ随着速度的增加而增大，表明受电弓上下空气压差将会增大，进而增加受电弓竖向升力，导致弓网受流稳定性变差。

（2）速度为190和200 km/h时的接触力波形图中，在K186+735～K186+935的测试区间内，前弓与后弓接触力出现突变的趋势，并且后弓最小接触力为0 N，出现了弓网离线的情况，这是由于在该区间内存在接触线接头续接的情况，导致接触力出现突变和弓网离线。

（3）由以上接触力指标统计图（图3）可以看出，随着速度的提高，Fm- 3σ的值呈现下降的渐变趋势，在各个速度等级下弓网最大接触力不超过220 N，弓网最小接触力除上述第（2）条情况以外大部分在10 N以上，由于后弓施加的静态抬升力比前弓要大，所以后弓动态接触力相比于前弓要大，且前弓振动引起的接触线振波对后弓存在一定影响[6]，后弓受流稳定性比前弓略差。

（4）在隧道里程K187+478.6第2个锚段膨胀接头附近（由于篇幅原因未显示其波形图）接触力出现峰值的趋势，且出现后弓最大接触力接近220 N的情况，比第1个锚段的膨胀接头附近的接触力峰值大，这是由于膨胀接头安装精度差异导致。

6 结论

（1）Stanton隧道刚性悬挂系统弓网测试过程中，接触线接头附近出现接触力为0 N的情况，可以推测接触线放线时其续接工艺和安装精度不达标，可能存在两接触线接头间隙过大，或接触线出现扭拧，需要深入现场排查并采取整治措施。

（2）Stanton隧道刚性悬挂系统弓网测试为刚性接触网中接触力硬点的分布提供了定位和查找依据，从弓网接触力波形图中能够直观地反映接触力突变情况，为Stanton隧道刚性接触网运营的状态修制定提供数据支持。

（3）刚性接触网系统影响弓网受流的因素还包括轨道几何质量、隧道通风井处气动效应、渗漏水对道床影响等，以上因素可对受电弓运行平稳性和跟随性造成一定影响，应进行综合分析和判断。

（4）对Stanton隧道刚性接触网系统进行了145～200 km/h共5个速度等级的弓网测试，采用Brecknell Willis HSX 250型受电弓，且在弓间距为200 m情况下，弓网测试接触力统计特征值关系满足评价指标要求，表明Stanton隧道刚性接触网系统以时速200 km运行具备适应性和可行性。