400 km/h接触网技术标准体系探讨

杨 佳 林宗良 邓云川 鲁小兵

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

为贯彻习近平总书记对铁路工作的重要指示批示精神和党中央、国务院决策部署，服务国家重大战略发展，中国国家铁路集团有限公司已启动CR450科技创新工程，开展更高速度铁路轮轨关系、弓网关系、空气动力学以及多物理场耦合等基础理论的深化研究，验证更高速度运行条件下固定设施、移动装备的安全性、匹配性和适用性，探索轮轨系统更高试验速度和运营速度限值，研发更加安全、更加环保、更加节能、更加智能的复兴号新产品，构建我国CR450高速铁路技术和标准体系，全力推进我国高速铁路技术的深入发展和技术引领。

弓网关系作为高速铁路三大关键技术之一，在保障系统安全可靠运行上具有举足轻重的地位。400 km/h接触网将面临更高速度运行的安全性、适应性、可靠性、匹配性、耐久性以及可维护性等问题，目前，更高速度下的弓网动态耦合机理尚不明确，弓网动力学仿真平台尚不成熟，对轨、车以及气动力等外部激扰影响下的弓网动态特性研究尚不全面，且国内外尚无可以借鉴的400 km/h接触网技术标准及工程案例。因此，亟待在全面总结现有高速铁路接触网设计、制造、施工和运维经验的基础上，深入开展更高速度下弓网关系的理论研究和试验论证，提出并分析400 km/h接触网系统面临的关键技术问题，形成400 km/h接触网技术及标准体系，支撑CR450科技创新工程实施，确保弓网系统及装备在400 km/h条件下长期、持续、安全、稳定运行。

1 400 km/h接触网服役条件

接触网结构复杂，沿线裸露架设，长期承受冰、雪、风、气温、雷电以及地震等外部环境作用[1]，还与路基、桥梁、隧道以及车辆、供电、信号等专业接口紧密。对于运行速度更高的400 km/h接触网，其服役环境及接口条件的微小变化，都将影响到弓网系统的受流质量和列车的安全稳定运行。400 km/h接触网服役环境及接口条件的影响分析如表1、表2所示。

表1 400 km/h接触网外部环境影响分析表

表2 400 km/h接触网接口条件影响分析表

2 400 km/h接触网性能提升

基于现有技术方案及参数下的接触网系统在400 km/h速度条件下运行时，弓网间振动加剧，接触力波动及动态抬升大幅增加，弓网动态受流性能将急剧恶化。400 km/h接触网必须具备更高、更优性能以满足更高速度下弓网系统的安全性、可靠性及耐久性等要求。400 km/h接触网性能提升措施如表3所示。

表3 400 km/h接触网性能提升措施表

3 400 km/h接触网关键技术

3.1 速度匹配

接触网必须根据速度目标值开展设计，其系统应与速度等级相适应、匹配，设计速度影响并决定了技术标准体系的不同。对于400 km/h接触网，其性能状态与行车速度、设计速度、验收速度等速度间的科学合理匹配尤为关键，否则将影响工程投资甚至系统方案的可行性。

(1)波动传播速度

一般应按设计速度与接触网波动传播速度之比不大于0.7考虑，充分考虑承力索对波动传播速度的作用，同时结合导线产品性能及工程应用情况，综合选取系统的线材规格型号和匹配张力。

(2)设计速度

设计速度应按线路的最高设计速度选取。400 km/h接触网系统应按设计速度400 km/h进行设计，其接触线平顺性和弓网受流性能等应按设计速度400 km/h进行性能评价，同时还应考虑开行单弓或双弓运行时每个受电弓的受流质量。

(3)验收速度

验收速度应按线路的最高设计速度110%选取[4]。400 km/h接触网系统应校核验收速度440 km/h时的状态及安全性，评估单弓运行时应能满足弓网间的基本受流，不得出现钻弓、侵限等安全问题。

3.2 弓网关系

弓网系统是高速列车获取持续动力的唯一途径，其动态受流性能直接决定列车能否高速稳定运行。400 km/h高速铁路弓网关系面临的重难点技术如表4所示。

表4 400 km/h接触网弓网关系关键技术及应对措施表

3.3 系统参数

400 km/h接触网系统应至少包含接触网和受电弓两部分，两者既相互独立又紧密相关。系统方案及悬挂参数的建立必须基于接触网服役环境和运行目标的要求，根据弓网动态耦合仿真分析，从系统性、匹配性、可靠性出发，反复优选接触网-受电弓以及相互间的技术参数，才能达到400 km/h高速运行时弓网间的“完美”耦合。400 km/h接触网受电弓参数和悬挂参数分别如表5、表6所示。

表5 400 km/h接触网受电弓参数表

表6 400 km/h接触网悬挂参数表

3.4 关键设施

接触网设施主要包括锚段关节、电分相和道岔区布置，这些设施兼具电气和机械性能要求，存在多锚段线索间相互交叉、位置重叠的现象，空间关系复杂，对400 km/h接触网弓网受流性能及高速运行时的安全性能影响较大，属于系统中的薄弱环节和重难点技术。

3.5 关键装备

400 km/h接触网安装设计及装备选型应满足更大张力荷载、更高速度运行状态下的安全性、可靠性、耐久性等要求，同时还应充分考虑电气、机械及结构性能状态等对400 km/h弓网耦合性能和高速安全运行的影响。400 km/h接触网装备需考虑的关键技术及应对措施如表8所示。

表7 400 km/h接触网关键设施表

表8 400 km/h接触网装备关键技术及应对措施表

3.6 支柱及基础

接触网支(吊)柱及基础应结合400 km/h路基、桥梁及隧道等土建工程的结构形式、设计参数进行设计，接触网基础应采用安全、可靠且耐受动荷载的预埋基础。接触网支(吊)柱的结构强度除应充分考虑列车按最高设计速度运行时引起的气动力作用外，还应尽量减少支柱挠度，以降低其对400 km/h接触网弓网动态耦合性能的影响。

3.7 施工及运营维护

建造安全、稳定、可靠的400 km/h接触网工程，需要更加精准、更加精细化的施工，主要包括以下几个方面：

(1)充分研究施工误差及精度对400 km/h接触网弓网受流性能的影响，制定合理、可行的施工质量要求及控制标准。

(2)对400 km/h接触网锚段逐点、逐跨的腕臂、吊弦及弹性吊索等进行精准测量、计算和工厂化预配，提升安装后接触网的导线平顺性及弓网受流性能。

(3)结合更大张力、更高平顺性的要求，提升恒张力放线、吊弦及弹性吊索安装的工法工艺，精细化调整接触导线的平顺性、吊弦高差、定位器及补偿装置状态等，建造符合各项标准的400 km/h接触网悬挂系统。

在400 km/h接触网运营维护方面，应：(1)加快研究更高速度下的检测方法及手段，积极采用更先进、更精准的检测设备，全面提升检测及评估技术；(2)结合400 km/h接触网弓网动态受流性能及安全运行的要求，制定科学合理的运行检修规则；(3)配置6C、PHM及监测预警系统等接触网智能运维系统，提高运营维护能力。

4 400 km/h接触网技术体系

结合CR450科技创新工程部署，400 km/h接触网应从基础理论、系统设计、装备技术、施工建造、运营维护以及规范标准等方面着手，逐步构建400 km/h接触网技术体系，系统架构图建议如图1所示。

图1 400 km/h接触网技术体系架构图

5 结束语

400 km/h接触网系统服役条件更加复杂、系统性能需求更高，本文基于现有铁路建设运营情况，深入分析了更高速度下弓网系统面临的关键技术问题，探讨了具体的应对措施和思路，并提出了400 km/h接触网技术标准体系初步构想。400 km/h接触网较之350 km/h存在较大差异，且国内外尚无可供借鉴的技术标准及工程案例，后续还须进一步深化总结，深入开展科学试验、工程试验、产品试验，论证400 km/h接触网设计标准和相关参数的系统性、适应性、匹配性，验证弓网系统在400 km/h速度下长期、持续、高速运行时的安全性、可靠性、耐久性和可维护性。