高速铁路接触网CDI超标整治研究

张琪

摘要：结合某高铁线路2021年3月至8月期间接触网动态检测发现若干燃弧、硬点缺陷，以及部分CDI超标单元，通过动静态数据分析，探讨引起燃弧和硬点的主要原因，研究采用调整弹性吊索张力改善接触线平顺性、校正接触线平直度等方案消除燃弧和硬点缺陷，并通过试验锚段验证了整改方案能够消除接触网缺陷，提高动态性能，为其他在建或运营高速铁路提供参考。

关键词：高速铁路;接触网;CDI;精调

0引言

某高铁线路联调联试试验通过动态验收，纳入运营检测。运营检测中，通过局部缺陷诊断及区段质量评价反映接触网动态性能[1]。在运营期间，该高铁线路采用CRH380AJ-2818高速综合检测列车进行动态检测，在5个月内出现一级缺陷共计43条，其中最大燃弧时间34条，硬点9条;CDI超标单元共计10条。

该高铁线路接触网采用全补偿弹性链型悬挂，350/h区段导线组合为JTMM120+CTMH150，高速正线张力组合为21kN+30kN，速度小于250k/h区段张力组合为20kN+25kN，全线弹性吊索采用JTMH-35，张力为3.5kN。接触线设计高度5300mm，结构高度一般为1600mm，标准跨距一般为45～60m。

本文通过分析检测数据，对缺陷类型及分布情况进行统计，同时分析CDI分布情况及变化趋势，研究缺陷及CDI不达标单元的原因，并提出针对性整改措施，为缺陷整治提供经验。

1检测数据分析

1.1 缺陷分析

该高铁线路5个月内检出的一级、二级缺陷随里程分布如图1所示，其中一级缺陷均为硬点及最大燃弧时间缺陷。最大燃弧时间缺陷集中分布在K6.5～K10.5、K32～K55以及K65～K80区间范围内;硬点缺陷集中分布在K60～K80区间，该区间硬点及燃弧缺陷同时出现。

图2为该高铁线路上行K65.5～K67.1检测波形图，该区段接触网动态几何参数正常，但弓网接触力波动较大，燃弧明显，且整锚段硬点较大。

1.2 CDI分析

该高铁线路CDI得分及CDI均值见表1，CDI均值稳定在1.0附近，得分均大于98分，表明该线路动态性能整体较为稳定。

该高铁线路CDI随里程及时间分布如图 3、图 4所示，上下行CDI较高的区段集中在K60～K80附近，各单元CDI随时间变化较为稳定。

为分析CDI超标原因，对CDI四个分量进行分析，分别为拉出值分量CDIS、接触线高度分量CDIH、接触力分量CDIF及燃弧分量CDIA。其中CDIH、CDIF分量表征接触线高度及接触力的波动程度。图5为该高铁线路上行CDI各分量分布图，上行燃弧分量偏高较为突出，CDIA分量接近10的区段集中分布在K60～K80及K40、K100附近，與上行CDI偏大的锚段较为吻合，即上行CDI偏大区段主要由燃弧分量较大导致。

以该高铁线路上行K69.928～K69.020锚段单元为例，该单元CDI为1.9，超过管理值1.8，为不达标单元，该单元燃弧分量为10，燃弧分量过大导致单元CDI超标。

该高铁线路下行CDI分量如图 6所示，下行CDIA偏大较为显著，该分量接近10的区段主要集中与K40～K100、K130～K150区段，与CDI偏大区段较为吻合，即下行CDI偏大单元主要因为燃弧分量偏大导致。

以该高铁线路下行某区间K95.440～K96.362锚段单元为例，该单元CDI为1.9，超过管理值1.8，燃弧分量CDIA较大导致单元CDI超标。

1.3 缺陷及CDI超标原因分析

由上述检测数据分析可知，该高铁线路接触网缺陷主要为燃弧及硬点，引起CDI偏大的主要原因为燃弧分量过大。

接触网燃弧是一种气体放电现象，主要是电流在传输过程中通过空气或其他绝缘介质时因放电而产生的瞬间火花现象[2]，主要是由于弓网压力变化过大，接触线不平顺、存在高差过大、硬弯、硬点、扭面等现场，线夹倾斜等原因造成[3]。根据CDI数据，对相关区段进行复测，结合线路情况进行分析，引起CDI超标的可能原因如下。

（1）接触线出现“V”字形

对某区间K84+454～K85+771区段接触网进行了静态测量，经对数据分析，普遍存在定位点处的接触线高度比跨中略低，定位点接触线高度形成“V”字形缺陷。上下行静态检测数据如图7、图8所示：

根据静态测量数据，某区间I-13、II-13锚段普遍存在跨中吊弦点接触线高度比定位点高的情况，其中上行Ⅱ-13偏差最大值7mm，平均值4.46mm，下行I-13偏差最大值11mm，平均值5.93mm。动态检测数据显示下行I-13锚段弓网接触力、燃弧分量等指标明显高于Ⅱ-13锚段，结合静态测量数据及CDI检测结果初步得出引起燃弧超标的原因是定位点接触线高度形成的“V”字形缺陷。

（2）中锚线夹等集中荷载造成的硬点

接触线一旦产生硬点，高速运行的受电弓受接触线撞击造成弓网接触不良，为保证持续取流，击穿弓网间空气间隙形成电弧。硬点数越多不仅造成燃弧超标，还可能损伤受电弓，缩短接触线使用寿命，甚至引起弓网故障。对检测数据分析发现单个硬点超标主要发生在中锚、电连接、定位点线夹附近，说明单个硬点的发生可能与中锚处线夹、横向电连接等集中荷载安装不到位有关。图9为定位点线夹位置接触线硬弯。

（3）施工放线质量控制不当

恒张力放线是高速铁路接触网施工关键技术，直接影响接触网动态性能。该高铁线路施工阶段工期极其紧张，站前工期滞后进一步挤占了接触网施工周期，可能存在抢工期期间造成恒张力放线质量控制不严格，缺少精细调整环节。

2整改方案

2.1 核查接触线拉出值

检测结果显示CDI超标单元无拉出值缺陷，且拉出值分量均较小，可以判定该高铁线路不存在影响接触网动态性能的拉出值问题。

2.2 调整接触线平顺性

接触线平顺性直接影响CDI高度分量，同时对力的波动和燃弧问题有影响。接触线平顺性主要受施工质量和轨道变化影响，该高铁线路为新建线路，大部分为无砟轨道，且自开通以来有砟轨道区段未进行线路整治，应忽略轨道变化对接触线平顺性的影响，重点查找自身平顺性问题。

接触网静态验收标准要求“定位点两侧第一吊弦处接触线高度应等高，相对该定位点的接触线高度允许偏差±10mm，但不得出现“V”字形”。静态测量数据显示CDI超标单元的接触线平顺性较差，且定位点位置接触线高度存在较多的“V”字形，研究考虑两种方案消除“V”字形问题，改善接触线平顺性[4]。

（1）移动吊弦位置

承载接触线的承力索为抛物线状态，不同位置需安装长度不同的吊弦，理论上可通过移动吊弦的安装位置调节接触线高度，改善平顺性，但吊弦移动位置不能过大，否则造成吊弦布置间距不均匀恶化弓网受流状态[5]。

对50m标准跨距采用JTMH120承力索在张力为21kN情况下进行抛物线拟合，计算吊弦移动0.5m时的吊弦长度变化量，模拟状态方程如下：

y=43/81 x^2-2150/81 x+123265/81

通过对静态测量数据得知跨中接触线高度最高点一般出现在第3或第4吊弦位置，基本位于跨中，以移动第3吊弦为例，吊弦往跨中方向移动0.5m。向模拟状态方程分别输入第3吊弦移动前后距离定位点的长度x1=21.2m，x2=21.7m，计算得到吊弦移动后长度变化量为y2-y1=1195.78-1197.66=-1.88mm，即吊弦向跨中方向移动0.5m后接触线高度减小约1.88mm。实测跨中接触线高度普遍高出定位点2～8mm，按该方案无法消除倒‘V’字形缺陷。

（2）调整弹性吊索张力

弹性吊索张力小于设计张力会出现定位点及两侧第一吊弦位置接触线高度下降情况，定位点接触线高度形成偏差峰值的“V”字形。

依据该高铁线路接触网设计参数，取50m标准跨距，分别计算弹性吊索张力为3.5kN、3.0kN、2.5kN时跨中吊弦长度变化情况，见表4。

由表4计算结果验证了当弹性吊索安装张力不足时会出现定位点及两侧第1吊弦位置接触线高度偏低形成“V”字形偏差，同时通过调整弹性吊索张力能消除此类偏差并改善接触线平顺性。

整治时首先利用检测仪器测量弹性吊索张力，对张力不满足设计要求的弹性吊索进行张力调整，调整完成后复核定位点及跨中吊弦位置接触线高度是否满足标准要求。弹性吊索张力调整至标准值后，定位点及跨中接触线高度仍不满足标准要求的位置，需重新预配吊弦并进行更换。

2.3 校正接触线平直度

全面檢查CDI超标单元接触网上集中荷载（锚段关节、中心锚结、电连接、线岔等）处线夹和接触线状态，对存在偏斜的线夹进行调整或更换，采用接触线平直度检测仪测量线夹位置接触线平直度，最大间隙不应大于0.1mm/m，对超标位置采用导线校直器进行校正。

接触线在架设时未采用恒张力架设或架设过程中张力控制不均，接触导线的蠕变伸长未得到充分释放就立即安装吊弦，接触导线的应力被吊弦拉力限制，高速运行的受电弓与接触导线形成激振，整锚段弓网接触力、硬点检测值波动较大，燃弧明显，CDI值超标。

整治时解开锚段内除中心锚结位置的所有定位和吊弦线夹，包括非支抬高跨，接触线采用S钩加尼龙放线滑轮悬挂，S钩的设置应均匀，每跨宜不少于5根，且依据不同位置设置长度适宜的S钩，使接触线顺线路方向保持平直，采用五轮整弯器自中心锚结向两端下锚方向平推整治，接触线蠕变得到充分释放，可有效消除整锚段硬点值和燃弧缺陷。如果平推整治后硬点和燃弧检测值仍不能满足要求，则按恒张力架线方式更换接触线。

3整改应用

为验证燃弧、硬点超标的原因判定是否正确，研究分析的整改方案是否能消除缺陷并提高接触线动态性能，分别选取该高铁线路上行某站K69.928～K69.020、下行某区间K95.440～K96.362两个CDI超标的典型锚段单元进行试验性调整。图10 所示为采用五轮整弯器整治定位点接触线硬弯。调整完成后，复核接触网静态参数均满足规范要求。

采用综合检测列车对调整后的接触网进行动态检测，燃弧和硬点数值显著降低，CDI数据相对调整前明显改善。试验锚段单元调整前后CDI及其各分量变化见表5。因此上述分析的整改措施对接触网进行调整后满足弓网关系，保证受电弓良好受流，能够改善该高铁线路接触网动态性能。

4结语

接触网动态性能指数（CDI）反应弓网关系和受流质量，本次CDI超标整治研究表明，接触悬挂的静态几何参数是保证良好弓网关系的前提，应通过精确的吊弦计算、严格的张力控制等措施保证弹性吊索安装状态，使接触悬挂安装参数符合设计要求;正确安装中心锚结线夹或调整其运行状态减小集中荷载对接触线平顺性的影响，消除接触网硬点，同时关注有碴轨道区段轨道标高的变化对接触线高度的影响等对提高接触网动态性能具有直接作用。本次超标整治的措施可供其他在建或运营高速铁路线路参考。

参考文献

[1] Q_CR 841-2021， 接触网动态检测评价方法[S].

[2]吴积钦.弓网系统电弧的产生及其影响[J].电气化铁道，2008（02）：27-29.

[3]喻旭钢.接触网动态检测数据分析及应用研究[D].中国铁道科学研究院，2021.DOI：10.27369/d.cnki.gtdky.2021.000094.

[4]TB/10758-2018，高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[S].

[5]吴太平.时速200公里客货共线铁路接触网热滑动态数据分析及缺陷克服措施探讨[J].铁道勘测与设计，2007（1）：30-35.