铁道电气化接触网产生硬点的原因分析与改进对策

王谱源

摘要：铁道电气化接触网硬点问题是铁道电气化建设的常见问题之一，此类问题容易产生电弧伤害以及机械损伤问题。解决此问题，一直都将是铁道接触网的关键性工作。 下面将以铁道电气化接触网硬点问题为研究对象，主要探讨电气化接触网、接触网硬点问题和危害、接触网硬点产生原因以及硬点改进对策，结合我国铁道接触网建设实际情况，从理论和实践两个方面总结铁道电气化接触网硬点改进对策，旨在推动我国铁道电气化接触网发展。

关键词：铁道电气化接触网硬点改进措施

中圖分类号：U213    文献标识码：A

Cause Analysis and Improvement Countermeasures of Hard Spots in the Overhead Contact System of Railway Electrification

WANG Puyuan

（Northeast Branch of China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Harbin ， Heilongjiang Province，150000China）

Abstract： The problem of hard points in the overhead contact system of railway electrification is one of the common problems in railway electrification construction， which is prone to the problems of electric arc damage and mechanical damage， and solving this problem will always be a key task for the overhead contact system of railways. This article will take the problem of hard points in the overhead contact system of railway electrification as the research object， mainly discuss the electrified overhead contact system， the problems and hazards of hard points in the overhead contact system， the causes of hard points in the overhead contact system， and the improvement measures for hard points， and summarizes the improvement measures for hard points in the overhead contact system of railway electrification from both theoretical and practical aspects in combination with the actual situation of the construction of the overhead contact system of railways in China， aiming to promote the development of the overhead contact system of railway electrification in China.

Key Words：Railway; Electrification; Overhead contact system; Hard spot; Improvement measure

铁道电气化建设是我国铁道系统建设的重要主要组成部分，同时也是未来我国铁道电气化、智能化发展的基础。而实际上，当前我国电气化建设还存在问题。例如： 电气化后接触网常出现硬点问题，给铁道运行造成危险。因此，在铁道电气化不断深入发展的背景下，要求对接触网硬点问题进行有效处理。近年来，我国铁道相关部门一直在致力于接触网硬点问题研究和处理，已经提出多条措施，并且经过实践验证具有良好的作用。

1铁道电气化接触网

1.1铁道电气化接触网定义

铁道电气化接触网是铁道电气化过程中电网供电的一种网络形式。现代化铁道建设过程中，钢轨采用“之字形”架设接触网，使受电弓能够接收高压输电线电流。接触网是铁道电气化的重点网络架构，沿铁道干线架设，为提升电力安全，架设于机车上方。

1.2铁道电气化接触网类型研究

为适应车辆电气需求以及铁道系统发展，我国铁道电气化接触网发展为不同类型，以满足不同电气化接触网应用需求。

1.2.1简单接触悬挂

简单悬挂是一种传统的电气化接触网悬挂方式。我国简单悬挂采用支柱以及基础结构作为悬挂形式，有效提升铁道接触网稳定性。而在简单悬挂方式不断应用背景下，我国铁道电气化专家开始针对该形式进行改进。如今，该悬挂方式开始增加补偿设备。补偿装置设置于接触线下方，能够调节张力和驰度。根据不同需求调整简单悬挂，提升接触网适应性。另外，也有专家提出在悬挂标准点增加弹性吊索，利用吊索设备优化取流条件。经计算，悬挂弹性吊索的长度最佳为16～18cm，能够起到最佳作用。

1.2.2链形悬挂的接触线

链形悬挂接触线也是一种实践中常用的接触线形式。该接触线利用悬挂方式，将吊弦与承力索连接。承力索又与支柱连接，从而使接触线悬挂点增加，提升稳定性。而此种方式，接触线的支持和基础结构可以不用增加，从而降低了成本。在接触线运行时，可以调整吊弦长度，确保接触线跨度距离与轨道面距离一致。

简单悬挂和链形悬挂方式都是当前我国铁道电气接触网主要形式。两种方式具有不同的优势和问题。而当前我国铁道部门依旧在不断创新接触网形式，例如： 补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂等均是新型接触网形式，适合应用不同情况。

2铁道电气化接触网硬点及其影响分析

我國铁道电气化接触网经过多年发展已经达到非常成熟。但是，多年来，之所以对铁道电气化接触网进行改进，不仅仅是铁道事业发展的必然需求。同时也由于铁道电气化接触网在应用过程中出现诸多问题。例如： 研究发现，铁道电气化接触网在应用时，常出现硬点问题，影响到铁道电气化接触网运行。因此，该文就针对铁道电气化接触网硬点进行全面分析研究。

2.1铁道电气化接触网硬点问题研究

经过长期实践研究，总结铁道电气化接触网硬点故障问题具体是指铁道机车运行时，车辆受电弓与接触线的接触力出现突然变化的位置，或者说产生接触力突然变化的接触网点位置为接触网硬点。

铁道电气化接触网运行时，正常状态之下，接触网各位置压力保持均等和不变，受电弓电压始终保持稳定。但是，由于各种因素，导致接触网某一位置受电弓受力发生改变，受电弓的取流势必会受到影响。铁道电气化接触网运行也将受到影响。而由于硬点问题具有突然性，铁道电气化接触网硬点故障也具有突然改变，瞬时性特点。但是，正是因为瞬时的影响，将会导致铁道电气化接触网受到故障影响。

2.2铁道电气化接触网硬点问题影响

铁道电气化接触网硬点问题也是受电弓运行状态瞬时变化的问题。而通过问题全面研究发现，该问题不仅会产生瞬时性影响，同时也对整个铁道运行造成多种不良影响。而总结实践经验发现，该问题的影响主要包括机械损伤以及电弧伤害两种方式。

2.2.1机械损伤问题研究

铁道电气化接触网产生硬点之后，受电弓最先受到影响，其中不均匀升降现象最为常见。受电弓经过线路硬点时，经常会出现不均匀升降问题。而如果长时间出现该问题，受电弓滑板以及接触导线都会因为机械受力变化、撞击而产生摩擦损伤。如此一来，受电弓的折损率有所提高。机械损伤问题也容易造成铁道电气化接触网运行维护成本增加，严重影响到电气化接触网运行。

2.2.2电弧伤害

受电弓在经过接触网硬点时，也会随机产生分离问题。由于硬点受力变化，导致受电弓接触网会产生瞬间应力变化，由此造成接触网与受电弓形成分离问题。分离之后，受电弓取流中断或者取流效率降低。另外，此时，如果分离出现夹带的问题，将会产生电流火花。火花或大或小，极容易给接触网和受电弓造成损伤，影响到接触网运行，烧断接触网，最终也造成列车运行安全问题。

3铁道电气化接触网硬点产生原因

铁道电气化接触网是铁道列车运行的关键，接触网硬点问题很大程度上会影响铁道列车电气化运行，继而给列车运行造成影响。因此，研究铁道电气化接触网硬点及故障问题及原因已经成为相关部门的重点课题。对相关资料和硬点问题进行深入研究，总结铁道电气化接触网硬点故障原因包括以下几点。

3.1接触网设计原因

接触网设计环节出现问题，容易导致接触网硬点问题，造成接触网运行不良。接触本身具有一定的弹性，其弹性的均匀度是接触网悬挂方式的重要标准，在接触网设计的过程中，需要对其弹性及均匀性进行设计。但是，对接触网硬点问题研究发现，产生硬点问题的主要原因正是因为部分接触网弹性下降。而深入分析发现，在绝缘锚段的关节和分相绝缘锚段关节中采用的定位器件具有较大的重量，容易造成重量的集中，导致接触网在定位器出现严重的重量集中现象。如此一来，接触网弹性均匀受到影响，出现问题的位置开始出现弹性下降问题。

另外，接触网设计时分段接头位置、设备元件、隔离开关以及避雷设备的自身重量相对较大，并且重量不均等，接触网各位置承载重量不同，网线均匀程度自然有所不同。均匀程度不同位置会因为受电弓反复接触而产生应力突变问题，继而造成较大的冲击硬点。

3.2接触网悬挂形式原因分析

硬点问题原因深入研究发现，接触网悬挂形式也是引发硬点问题的主要原因之一。铁道车辆运行、线路运行以及悬挂形式会对接触网产生综合性影响。一般情况下，接触网设计或者施工都根据区域内实际情况设计。但是，部分形式需要符合基本条件，而其在运行时，会受到其他因素影响。例如： 以半补偿简单链形悬挂方式为例，虽然适合大部分区域，但是在大风等恶劣天气，其自身防御力相对比较差，很容易在恶劣天气下出现应力变化。其中接触线和锚固段中下部张力差位置极容易由于应力不均而产生硬点问题。

在对悬挂形式研究中发现，由于三跨锚段关节在转换柱处接触线存在着一个从负坡度向正坡度的过渡点，这时对受电弓的冲击也较大。因此，应该根据线路和环境等多方面的因素，考虑接触网的悬挂方式。

3.3接触网检修原因分析

接触网检修工作是接触网运行过程中的关键措施对于接触网运行有非常重要的影响，是对接触网运行的一种保护。实际上，接触网检修也是造成问题的主要原因之一，影响到接触网运行管理质量。以下是对接触网检修工作造成硬点问题的原因分析。

（1）接触网分相或者分段设备进行线路过渡连接过程中，线路本身不够平滑、线路间隙误差大。需要临时调整定位点，而一旦调整定位点，将会造成受电弓位高度被提高，抬高之后，接触网也会产生不良影响。

（2）接触网在实施线路检修的过程中，产生硬点问题的主要原因也是测量方法不合理问题。由于测量工具自身或者是测量方法的不恰当，都有可能导致接触网线在跨距之内发生较为明显的变化，导致电力机车的受电弓在高速通过的过程中形成过大的接触冲击，在接触网上形成硬点。

（3）检修过程中不良检修作业手法也容易引起接触网硬点问题。检修过程中，检修作业人员的作业行为极有可能影响到线路运行。实际上，接触网检修过程中，始终都应该明确工作要点，防止对接触网运行造成影响。但是，由于现代化检修队伍缺乏专业性培训抑或者检修作业人员自身素养问题，导致检修过程中经常出现踩踏接触线、过力操作等行为，容易给接触线平直度造成影响，引发线面扭曲问题，保证硬点措施 ，保证接触网检修达到最佳效果。

3.4接触线材质原因分析

接触线材质对接触线硬点的影响是内部影响因素。接触线受力情况产生变化与接触线材质之间存在密切联系。尤其是在我国铁道运行速度提升之后，对接触线材料研发应用提出更高的要求。接触网线材质的要求，人们在设计的过程中需要通过对传统材质的改变来降低接触材质对接触网线硬点产生的影响程度。例如，某客运专线的高速列车在试车的过程中，其最初采用的镁铜接触网线在试车的过程中出现了连续火花的现象。在通过相关单位的研究和分析试验之后，结合持续增加接触导线张力的试验方式，发现连续火花的现象依然存在。之后，在实验室中通过采用镁铜接触线与银铜接触线两种材质，在对受电弓加载垂向力和纵向加速度来分别模拟硬点与冲击之后，发现两者的接触信号以及波形存在着较大的差别。

试验研究发现，接触网材质不匹配，弓网材质不符合等问题，已经严重影响到接触线运行，容易引起接触网变形问题。

3.5线路质量原因分析

线路质量问题会造成接触网运行硬点。如研究发现机车运行时，极容易产生接触网硬点的位置为桥梁位置、隧道口以及钢轨接头位置、以上几处位置都会对线路造成影响，而产生对接触网参数变化。如以上位置大部分是列车运行改变速度和动力的位置，或者是地形不平缓位置，而一旦列车运行参数变化，受电弓与接触网之间的应力也会产生变化。在铁道运行中，将该位置称作为变坡点、变坡点情况下，极容易形成强烈应力变化，该位置的接触网也会形成硬点问题。

另外研究发现，接触网运行中，硬点分布具有随机性。现场维护与作业不利于把握，电力机车在运行中取流、架空网线与受电弓之间关系密切而复杂、接触压力比较大，各因素硬点形成主要原因。

4铁道电气化接触网硬点改进故障

铁道电气化接触网硬点问题影响因素比较多，同时影响也相对严重。因此，针对此种情况下，要求我国铁道电气化接触网相关部门需要完善自身工作，做好硬点问题的改进。针对上述原因，该文结合相关案例，具体提出以下几点措施。

4.1接触网优化设计

铁道电气接触网建设过程中，需要针对性完成铁道电气化接触网设计。设计过程中，根据铁道电气需求，线路区域内的自然天气情况和地理情况合理设计接触网。以下是结合工程经验，探讨当前我国接触网设计解决硬点问题的有效方法。

4.1.1定位器结构优化设计

传统电气接触网设计过程中，认为定位器等装置产生的硬点问题无法得到有效处理。定位器自重因素导致硬点问题缺失难以解决。但是，如果能够调整定位坡度，就能够有效控制定位器重力情况。如，经过长时间工程研究发现，接触网设计时，定位器上拉和上抬力能够与定位器1/2重量的重量均等，便能够有效抑制电网接触网硬点问题。

4.1.2中心锚结优化设计

中心锚结位置线夹和线路重量较大，因此容易在此位置上形成硬点。针对此种情况，现代化接触网水中心锚结悬挂高度超过接触网线路悬挂2 ～3cm、从而实现平衡性调整，保证中心锚结有效控制^[1]。

4.1.3优化吊弦点处，提升弹性平均性

研究发现，如果能够消除吊弦之间的高度差，就能够使接触网线路始终保持在同一高度范围，从而实现接触网线路运行优化，有效解决硬点问题。

4.1.4线岔设计

线岔设计是对两条接触线的高度进行优化设计。设计时，要求接触网交叉点应该将正线与侧线连接，并且正线需要在标准高度上增加1cm，而侧线需要在线岔附近提升3cm。通过上述设计，完善问题，提升设计质量。

4.2接触网悬挂形式选择

接触网悬挂形式选择非常关键，悬挂形式关系到接触网与受电弓之间的运行关系和受力。如果悬挂形式选择措施代表基本运行方式。当前，接触网悬挂形式不良，受到影响较大，是造成接触网硬点的主要原因。因此，根据以上两点问题，提出接触网悬挂形式改进、接触网悬挂形式优化选择等措施^[2]。

4.2.1解决接触网硬点问题

相关专家不断试验，研究接触网悬挂方式与硬点的方式。研究发现，接触网悬挂方式会引发接触线弹性不均匀问题，从而导致受电弓在运行过程中会出现受力差异，而突然性差异就造成硬点问题。因此，针对此问题，提出安装弹性吊索装置，弹性吊索一般设置为16～18cm。利用弹性吊索作为悬挂接触线，如此一来悬挂点与接触网正常接触线形成平衡，有效降低受力异常概率，提升受电弓取流条件，也能够有效防止悬挂重量过大造成线路松弛度异常的问题。

4.2.2接触网悬挂形式科学选择

目前，为提升接触网悬挂形式的整体防御力，从整体方面优化接触网悬挂方式，我国铁道接触网开始提出新型悬挂方式。如采用全补偿简单悬挂方式就是一种为解决接触网弹性易变、接触网硬点問题的主要方式。该悬挂方式与传统悬挂方式相比，有效提高了受电弓与电网接触的可靠性，提升接触悬挂稳定性，接触悬挂自身能够抵抗恶劣天气，使用寿命更长，更符合现代铁道电气网络建设优化措施^[3]。

4.3接触网优化检修工作

接触网优化检修工作应用非常关键，其目的是对接触网进行维护。但是，如果检修维护工作出现问题，将会直接影响到铁道接触网工作质量。此种情况下，要求我国尽快完善铁道接触网检修工作。而根据检修工作造成接触网硬点的主要原因，提出人员培训、检修技术优化两项建议，有效解决检修工作对铁道接触网运行造成的影响^[4]。

1. 检修部门需要做好检修工作人员培训和管理，防止人员不规则操作而造成的故障问题。

（2）接触网检修工作需要融合应用新技术。尤其是在智能化技术发展背景下，接触网也需要建立智能化检修工作体系，针对接触网实施智能化检修，提升检修精度和效率，减少人员检修安全问题以及故障问题。例如 ：现代接触网检修已经开始建立智能信息化管理系统，该系统可使段生产调度、电力调度及时了解和准确掌握段内各接触网人工检修作业点接地地线挂接状态，能够更好地进行检修作业管理，科学组织接触网检修，提高天窗作业效率，防止调度误送电造成的人身伤害和设备损害，做到接触网人工检修作业信息化管理。该系统是通过GSM无线发送或其他通信方式发送来的作业地线挂接信息，经过通信口将收集到的信息传给调度计算机进行信息处理，并给调度人员以声光提示，使段生产调度、路局电力调度实时收集各检修作业点，防止相应线路误送电操作。

（3）接触网检修工作开始应用新型设备。部分接触网检修相对危险，导致接触网检修工作受到影响。因此，针对此问题，要求在现代化技术发展背景下，要求对接触网进行综合检修优化，提升检修工作效率，优化检修，提升检修质量。例如 ：现代接触网检修工作开始应用DPT型接触网检修作业车，该作业车具有运行速度快，检修精准，安全等特点，适合在铁路接触网中檢修应用，应用新设备，发明新设备，更有利于促进铁路接触网检修发展。

4.4接触网优化材质

接触网优化材质也有利于接触网硬点问题处理。不同材质的应力不同，各项性能有所不同。实际上，为解决接触网硬点问题，我国铁道相关部门一直都在致力于接触网线路研发。长期研究发现，我国接触网导线材料主要包括钢芯导线、纯铜导线、锡铜导线等材料。而不同的导线具有不同的性能，直接影响到接触网运行。不同位置导线材料也有所不同。其中定位支撑装置材质是铝合金材料、附加导线材质是钢芯铝绞线，以上两种导线材料的融合应用，有利于解决导线故障问题^[5]。

关于铁路接触网材质也正在朝规范化方向发展，对于接触网发展有非常重要的意义。例如：现在部分地区已经总结接触网材质规范标准，建设接触网时，根据实际，选择接触网材料。例如，接触线，承力索进行施工，主要采用铜镁合金、锡铜合金材料，规格包括JTMH-120、JTMH-95、JTMH-70、CTSH-150等。附加导线进行施工，主要采用正馈线、回流线等线路，主要规格包括LBGJF-240、LBGJF-120等材料，根据规格合理选择材料，确保铁路接触网建设合理，更能够提升接触网质量。

4.5接触网线路优化线路质量

接触网线路质量优化需要从多方面入手，采取针对性措施解决故障问题。

（1）预先清除架线锚段之内的施工障碍，对于特殊地段的支柱和腕臂等要进行加固作业。

（2）放线车组的限界、制动方式以及控制方式等项目都应该与“铁道技术管理规程”以及其他相关规范、标准中的要求一致^[6]。

（3）接触网张力优化。接触网线路张力对于接触网性能有重要的影响。因此，在进行接触网施工过程中，需要在安全系数要求下对接触网导线张力进行控制。例如，研究发现，接触网传播速度与接触网张力有关联，接触网张力增加，传播速度提高。而实际接触网运行过程中，接触网可以实现动态接触，受电弓与接触线之间形成机械磨耗、接触单位质量降低。因此，需要针对接触网张力情况进行综合分析。而研究发现，接触网张力与机械磨损和电气磨损有关、磨损越大，张力越大。因此，针对此种情况下，要求对接触网进行动态优化，改善磨损问题，提高接触网安全系数。相关研究显示，接触网磨耗率超过25%以上之时，接触网传播速度下降，安全系数也降低到2.0。定期对接触网进行运行维护，确认卸载点，并对接触网进行更换保养，始终保持良好的张力，促进接触网发展。

5结语

铁道接触网硬点有效改进，有利于保证列车运行安全，减少接触网损失。希望该文的全面研究能够对铁道接触网硬点故障处理有所帮助。另外，当前我国相关部门也正在展开对铜镁合金接触线的研究，也同样具有良好的效果，已经成为当前我国高速铁道接触线的主要材料。

参考文献

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[2]李振兴. 普速铁路电气化改造接触网悬挂技术要点及应用分析[J]. 工程建设与设计， 2023（3）：79-81.

[3]邢金慧. 电气化铁路接触网防融冰技术优化研究[D].成都：西南交通大学 ， 2021.

[4]甘磊. 高速铁路接触网腕臂装置风致振动规律及抗风性能研究[D]. 成都：西南交通大学， 2021.

[5]穆松林. 铁路接触网的避雷线高度设计策略[J]. 科技创新导报， 2022， 19（15）：57-59.

[6]张友鹏， 王文豪， 赵珊鹏，等. 基于RBCT算法的复杂背景下铁路接触网电力线自动提取研究[J]. 高电压技术， 2022， 48（6）：2234-2243.