接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生原因、危害及處理方法

孟 超 上海鐵路局合肥供電段

隨著高速鐵路大規(guī)模的發(fā)展，列車的牽引動(dòng)力已形成了以電力機(jī)車牽引的必然趨勢(shì)，這對(duì)高速運(yùn)行中的列車弓網(wǎng)特性提出了很高的要求，而接觸網(wǎng)硬點(diǎn)是影響弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系的重要因素之一，因此，了解接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的原因及相對(duì)應(yīng)的整治措施是目前存在的一大難題，在既有的理論基礎(chǔ)上，又經(jīng)歷了合寧、合武高速客運(yùn)專線接觸網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，據(jù)此對(duì)接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的產(chǎn)生原因、危害及整治方法提出一點(diǎn)看法。

1 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的概念

電力機(jī)車在運(yùn)行中，機(jī)車受電弓與接觸導(dǎo)線接觸力的變化是非常復(fù)雜的，通常情況下，我們將機(jī)車受電弓與接觸導(dǎo)線接觸力突然變化的地點(diǎn)稱為接觸硬點(diǎn)，接觸網(wǎng)上引起接觸力突然變化的地點(diǎn)稱為接觸網(wǎng)硬點(diǎn)。

2 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的原因

2.1 接觸網(wǎng)施工中造成的硬點(diǎn)

架設(shè)接觸線施工過(guò)程中一般采用小張力放線施工方法。由于缺乏必要的張力標(biāo)準(zhǔn)理論數(shù)值指導(dǎo)，具有很大的不穩(wěn)定性，從而加大了接觸線架設(shè)的張力不均勻度。特別是在起錨和落錨時(shí)，需要重新緊線、松線，更是加劇了這一狀況，極易使得接觸線在外力作用下發(fā)生變形、扭曲、硬彎。因施工原因造成的接觸線硬彎、接觸線扭面、定位器調(diào)整不到位、錨段關(guān)節(jié)調(diào)整不到位、坡度超標(biāo)、接觸線上的零部件安裝不規(guī)范、撞擊受電弓等都會(huì)產(chǎn)生硬點(diǎn)病害。

2.2 接觸網(wǎng)自身產(chǎn)生的硬點(diǎn)

2.2.1 接觸線高差造成的硬點(diǎn)

接觸線高差最終反映在接觸線坡度上，接觸線高差分為跨間高差及吊弦高差，跨間高差主要集中區(qū)間、站場(chǎng)導(dǎo)高變化處所，而吊弦高差在接觸網(wǎng)各處所均有表現(xiàn)，其中吊弦高差更能直接反映接觸線的平順度，更有實(shí)際意義。根據(jù)新《檢測(cè)》要求，250km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于1‰，根據(jù)運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，250km/h區(qū)段接觸線坡度大于2‰、200km/h區(qū)段接觸線坡度大于4‰時(shí)極易出現(xiàn)硬點(diǎn)三級(jí)超限。

2.2.2 接觸線不平直造成的硬點(diǎn)

接觸線不平直最主要的特點(diǎn)是就是接觸線硬彎，最終反映在短距離的平順度上（接觸線坡度），主要分有上下彎、左右彎，波浪彎、垂直彎（死彎），形成接觸線硬彎的原因較多，如：接觸線本身材質(zhì)硬彎、未采用恒張力放線施工的施工硬彎、施工人員踩踏導(dǎo)線的施工硬彎等。通過(guò)運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，左右彎影響很小，垂直彎影響最大，但各種原因的硬彎均可以形成硬點(diǎn)。

2.2.3 結(jié)構(gòu)性硬點(diǎn)造成的硬點(diǎn)

所謂結(jié)構(gòu)性硬點(diǎn)系指接觸網(wǎng)線岔、定位器、錨段關(guān)節(jié)、中心錨結(jié)等處所，接觸網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，負(fù)荷相對(duì)集中，較易形成硬點(diǎn)。

（1）線岔處產(chǎn)生的硬點(diǎn)

首先，線岔限制管加大了接觸線質(zhì)量。減小由此產(chǎn)生的硬點(diǎn)，就要減輕限制管質(zhì)量，可用鋁合金件代替鋼件。固定部位可活動(dòng)的限制管使機(jī)車通過(guò)線岔時(shí)，受電弓與接觸網(wǎng)硬點(diǎn)之間有個(gè)緩沖的作用過(guò)程，從而減小硬點(diǎn)的影響。其次，線岔交叉點(diǎn)處兩支接觸線交叉，受電弓同時(shí)托起兩支接觸線，該處硬點(diǎn)加大。

（2）定位器處產(chǎn)生的硬點(diǎn)

檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，在行車速度不超過(guò)140 km/h時(shí)，不論是具有限位和減振作用的多功能定位器還是普通的鋁合金定位器均能滿足行車的需要。顯然，多功能定位器保證了運(yùn)行可靠性，鋁合金定位器因質(zhì)量輕硬點(diǎn)要比普通鋼質(zhì)定位器小。硬點(diǎn)的大小還與定位器的坡度及拉出值有關(guān)。根據(jù)運(yùn)行中的定位器作用力分析，運(yùn)行中的定位器因?yàn)槔鲋翟谒椒较蛏洗嬖谝粋€(gè)拉力F1，定位器與水平方向存在夾角a，這樣定位器在垂直方向產(chǎn)生一個(gè)向上拉起接觸線的分力F2。定位器本身質(zhì)量在接觸線處的分力大小取決于夾角a的大小，即定位器的坡度。受電弓托起接觸線后，夾角a變小，F(xiàn)2變小，要使定位器處的接觸線與跨中接觸線具有相近的特性 (不考慮承力索影響的情況下)，F(xiàn)2應(yīng)大于或等于定位器本身質(zhì)量在接觸線處的分力，否則將產(chǎn)生硬點(diǎn)。若定位器處拉出值過(guò)小，也將產(chǎn)生硬點(diǎn)。可見(jiàn)，定位器處是否產(chǎn)生硬點(diǎn)除取決于本身質(zhì)量外還取決于定位器坡度大小和拉出值的大小。

（3）錨段關(guān)節(jié)處產(chǎn)生的硬點(diǎn)

錨段關(guān)節(jié)是為受電弓由一個(gè)錨段向另一個(gè)錨段過(guò)渡而設(shè)置的，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，較易形成硬點(diǎn)，三跨關(guān)節(jié)的運(yùn)營(yíng)條件更為惡劣，錨段關(guān)節(jié)形成硬點(diǎn)主要有以下幾個(gè)原因：①接觸線坡度大；②轉(zhuǎn)換柱間有兩支接觸線V形交叉，沖擊力大；③有電聯(lián)結(jié)等集中負(fù)載。

（4）中心錨結(jié)處產(chǎn)生的硬點(diǎn)

中心錨結(jié)作為整個(gè)錨段的唯一一處相對(duì)固定點(diǎn)，應(yīng)力集中，受力復(fù)雜，極易形成硬點(diǎn)，其中以三跨中心錨結(jié)的的運(yùn)營(yíng)條件更為惡劣，二跨中心錨結(jié)的運(yùn)營(yíng)條件有所改善。

2.3 非接觸網(wǎng)原因產(chǎn)生的硬點(diǎn)

（1）列車提速后，線路質(zhì)量的好壞也間接影響著弓網(wǎng)間的配合，例如線路的變坡點(diǎn)，特別是正坡直接變成負(fù)坡的變坡點(diǎn)，反映在弓網(wǎng)關(guān)系上就相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)線變坡點(diǎn)，如果此處正好是接觸導(dǎo)線的變坡點(diǎn)就可能出現(xiàn)很強(qiáng)烈的硬點(diǎn)。

（2）線路道床質(zhì)量對(duì)受電弓與接觸網(wǎng)的接觸力影響也很大，如道床的彈性系數(shù)、振動(dòng)周期及各種病害等，對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行影響很大，由于機(jī)車或線路原因產(chǎn)生的硬點(diǎn)具有較大的隨機(jī)性，因此在現(xiàn)場(chǎng)檢查維護(hù)過(guò)程中很難被發(fā)現(xiàn)。

（3）在機(jī)車的運(yùn)行取流過(guò)程中，運(yùn)行的受電弓與架空式的接觸網(wǎng)之間進(jìn)行的相互作用、相互匹配非常復(fù)雜，影響受流質(zhì)量的主要參數(shù)有靜態(tài)接觸壓力、動(dòng)態(tài)接觸壓力、受電弓振動(dòng)頻率、接觸網(wǎng)振動(dòng)頻率、機(jī)車運(yùn)行速度等；同時(shí)，電力機(jī)車受電弓的彈性系數(shù)、受電弓歸算到接觸導(dǎo)線上的質(zhì)量等問(wèn)題都會(huì)產(chǎn)生硬點(diǎn)病害。

（4）與機(jī)車有關(guān)的接觸網(wǎng)方面的懸掛彈性系數(shù)（接觸懸掛張力、接觸網(wǎng)跨距、接觸懸掛導(dǎo)線及承力索單位長(zhǎng)度重量、接觸懸掛結(jié)構(gòu)型式等都影響到接觸懸掛彈性系數(shù)）、接觸網(wǎng)的振動(dòng)頻率、周期等，也是發(fā)生接觸網(wǎng)硬點(diǎn)病害的原因。

3 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的危害

接觸網(wǎng)硬點(diǎn)是一種有威脅的物理現(xiàn)象，它會(huì)破壞弓網(wǎng)間的正常接觸和受流，加快導(dǎo)線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害，常常在這些部位會(huì)產(chǎn)生火花或拉弧，從而損傷接觸線和受電弓。接觸線硬點(diǎn)的產(chǎn)生，會(huì)影響牽引電機(jī)的正常取流，在拉弧的暫態(tài)過(guò)程中對(duì)牽引電機(jī)造成嚴(yán)重的傷害，同時(shí)還會(huì)影響機(jī)車的牽引質(zhì)量。接觸網(wǎng)硬點(diǎn)對(duì)接觸網(wǎng)、受電弓將造成機(jī)械傷害和電弧傷害。機(jī)械傷害是指對(duì)受電弓、接觸導(dǎo)線輕微的碰傷及刮傷等（有明顯痕跡的就稱之為“打弓點(diǎn)”）；電弧傷害是指硬點(diǎn)引起的弓網(wǎng)離線和離線瞬間產(chǎn)生的高溫電弧會(huì)對(duì)機(jī)車受電弓的弓頭產(chǎn)生點(diǎn)蝕、汽化，同時(shí)也會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線產(chǎn)生點(diǎn)蝕、汽化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使導(dǎo)線發(fā)生高溫退火，影響行車安全。接觸網(wǎng)硬點(diǎn)是造成機(jī)車受電弓離線的重要原因之一。機(jī)車受電弓離線對(duì)機(jī)車牽引電機(jī)、電器、受電弓、接觸網(wǎng)、牽引變壓器及供電系統(tǒng)都有嚴(yán)重危害。

4 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的整治

4.1 提高接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量

因地制宜，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境由不同的設(shè)計(jì)理念，從設(shè)計(jì)選用線索材料的角度來(lái)講，當(dāng)前使用鎂銅合金線要比硬銅線好，承力索與接觸導(dǎo)線采用相同的材質(zhì)對(duì)接觸網(wǎng)的性能及減少硬點(diǎn)的產(chǎn)生有很大好處。

4.2 提高接觸網(wǎng)施工質(zhì)量

在高速鐵路建設(shè)初期，如果施工質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)，即使以后在運(yùn)行中經(jīng)過(guò)多次整治也很難讓設(shè)備質(zhì)量有明顯的提高。因此，在施工中應(yīng)嚴(yán)格按照檢修工藝及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

4.3 加強(qiáng)日常設(shè)備巡視及取流檢查工作

嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)檢修實(shí)施細(xì)則，提高巡檢質(zhì)量，是提前發(fā)現(xiàn)接觸線硬點(diǎn)并及時(shí)處理的可行方法。其中因接觸網(wǎng)維修工作而產(chǎn)生的接觸懸掛中的某些質(zhì)量集中點(diǎn)，通過(guò)改變?cè)跸也贾梦恢没蜻m當(dāng)采用增加吊弦的方法，可以改善接觸網(wǎng)整體彈性，消除接觸網(wǎng)硬點(diǎn)。對(duì)于某些跨距接觸線坡度過(guò)大，或是連續(xù)多個(gè)跨距坡度呈波浪形變化，通過(guò)加強(qiáng)檢修人員工作責(zé)任心教育、改進(jìn)巡檢過(guò)程中導(dǎo)高測(cè)量方法、控制不符合標(biāo)準(zhǔn)的接觸線坡度的產(chǎn)生等等措施，可以避免巡檢過(guò)程中接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的產(chǎn)生。提高日常接觸網(wǎng)設(shè)備檢修質(zhì)量

4.4 提高日常設(shè)備檢修質(zhì)量

根據(jù)接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的不同原因進(jìn)行相對(duì)應(yīng)檢修整治，對(duì)癥下藥，如：

（1）跨間高差：對(duì)于形成跨間高差的區(qū)間、站場(chǎng)接觸線高度過(guò)渡處所，要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，制定整體整治方案，一般以站場(chǎng)最外端線岔或關(guān)節(jié)為控制點(diǎn)，嚴(yán)格按照250 km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于1‰從站場(chǎng)向區(qū)間進(jìn)行過(guò)渡，在過(guò)渡的起點(diǎn)及終點(diǎn)盡量以拋物線形式過(guò)渡，避免出現(xiàn)明顯的折拐點(diǎn)，同時(shí)要結(jié)合工務(wù)線路條件，盡最避免在工務(wù)線路豎曲線處所。

（2）吊弦高差：嚴(yán)格按照250 km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于0.5‰、200 km/h區(qū)段接觸線坡度不得大于1‰的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，其中定位點(diǎn)兩側(cè)吊弦力求等高，因跨中預(yù)留馳度的要求標(biāo)準(zhǔn)高，對(duì)改善弓網(wǎng)關(guān)系并無(wú)明顯的效果，不建議采用跨中預(yù)留馳度。

（3）對(duì)硬彎進(jìn)行量化分析：我們?cè)趯?shí)踐中采用了硬彎量化分析法，即采用<接觸線硬彎量化分析組合工具>（平板尺+塞尺、自制），修前對(duì)硬彎進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)硬彎大小確定處理方案，修后再次進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)整治效果。通過(guò)硬彎處理前后檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：硬彎三級(jí)超限的臨界值為0.2 mm，硬彎超過(guò)0.2 mm需進(jìn)行校正，硬彎校正后小于0.2 mm可以消除三級(jí)缺陷，同時(shí)現(xiàn)有的五輪正彎器的校正精度可滿足要求。根據(jù)硬彎的類型采用不同的校正方法：對(duì)于較大的垂直彎（死彎），先用<導(dǎo)線硬彎局部校正壓模>進(jìn)行局部壓模校正，然后用五輪正彎器進(jìn)行推拉校正；對(duì)波浪彎（平順彎）直接用五輪正彎器進(jìn)行校正。校正時(shí)需注意五輪正彎器的正確使用方法。

（4）交叉線岔：因交叉線岔有兩支接觸線，受電弓通過(guò)線岔時(shí)抬升受到限制，負(fù)載較為集中，形成硬點(diǎn)是必然的，我們能做的是盡最大能力改善線岔處弓網(wǎng)關(guān)系，最大限度的降低硬點(diǎn)數(shù)值。具體做法是將線岔各項(xiàng)能數(shù)按設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，關(guān)鍵點(diǎn)為正線與側(cè)線相交線岔500 m處水平應(yīng)盡量控制在側(cè)線抬高20～30 mm，非支抬高滿足要求，使限制管盡量受到向上的抬升力。

5 結(jié)束語(yǔ)

了解掌握接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的產(chǎn)生原因及危害，可以有針對(duì)性地克服和減少接觸網(wǎng)硬點(diǎn)病害的發(fā)生，對(duì)提高接觸網(wǎng)運(yùn)用質(zhì)量、創(chuàng)造良好的弓網(wǎng)關(guān)系、保證鐵路運(yùn)輸安全高效具有重要意義。