鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測精修技術(shù)方案研究

劉長利

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安710043）

目前我國高鐵接觸網(wǎng)已形成具有自主特色的設(shè)計、施工和運營維護體系，在雙弓受流性能、載流供電能力、防災(zāi)抗災(zāi)及智能監(jiān)測檢測等方面與國外技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢。在接觸網(wǎng)檢修領(lǐng)域，國內(nèi)專家和學者的研究主要集中在接觸網(wǎng)運行維護體系、維修策略及模式等方面，如：文獻［1-4］提出了鐵路供電修程修制改革思路，及高速鐵路接觸網(wǎng)運行維修規(guī)則的總體框架和創(chuàng)新點；文獻［5］對京津城際接觸網(wǎng)進行了可靠性分析，開發(fā)了維修管理系統(tǒng)；文獻［6］對現(xiàn)有的周期修與狀態(tài)修相結(jié)合的高鐵接觸網(wǎng)檢修模式提出了改善建議，并應(yīng)用于京廣高鐵武漢供電段；文獻［7］就大西高鐵侯馬北供電段應(yīng)用高鐵接觸網(wǎng)檢修模式進行了分析和研究，提出了優(yōu)化維修模式、運用信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)、構(gòu)建二級修（綜合修）維修體系等。目前接觸網(wǎng)維修的前沿研究是以可靠性為中心的維修（RCM）或主動維修策略，由于接觸網(wǎng)RAMS評估或可靠性分析尚處于探索階段，因此該維修策略近期暫時無法得到實施。

鄭西高鐵于2010年2月開通運營，是我國首批350 km/h高鐵建設(shè)項目，開通運營至今已近十年，由于接觸網(wǎng)運行環(huán)境復雜、供電負荷大，零部件振動疲勞問題逐漸顯現(xiàn)，接觸網(wǎng)服役狀態(tài)發(fā)生變化，根據(jù)TG/GD 124-2015《高速鐵路接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)則》規(guī)定，接觸網(wǎng)運行7年或弓架次達到50萬次以上時應(yīng)開展精測精修工作［8］。目前接觸網(wǎng)精測精修在行業(yè)內(nèi)尚處于起步階段，該技術(shù)政策的實施需要探索和實踐。在鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測精修技術(shù)方案研究中，考慮對精測精修的技術(shù)特性進行分析，從而制定針對性的設(shè)計原則、精測精修范圍、項目和內(nèi)容，并依據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果制定精修方案。

1 精測精修的技術(shù)特性

1.1 精測精修的技術(shù)要求

精測精修為接觸網(wǎng)修程修制中的三級修，是指通過檢測動態(tài)條件下的弓網(wǎng)作用參數(shù)，測量靜態(tài)條件下的接觸網(wǎng)幾何位置，檢驗零部件質(zhì)量狀態(tài)，依據(jù)檢測、檢驗分析結(jié)果，全面調(diào)整接觸網(wǎng)靜態(tài)幾何參數(shù)、更換失效或接近預(yù)期壽命的零部件和設(shè)備、更換局部磨耗接近限值的接觸導線，恢復接觸網(wǎng)標準狀態(tài)［9］。接觸網(wǎng)精測精修應(yīng)遵循專業(yè)化、機械化、集約化等維修方式，依靠鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)（6C系統(tǒng)）手段，采取集中修的組織模式。

1.2 精測精修的技術(shù)特性

精測精修具有獨立性，應(yīng)與一、二級修區(qū)別對待。接觸網(wǎng)零部件或設(shè)備的運行狀態(tài)達到或超出限界值的一級缺陷納入一級修，達到或超出警示值且在限界值以內(nèi)的二級缺陷納入二級修。精測精修不屬于缺陷整治工作，精測精修工作分精測、精修兩個階段完成，其中精測分為靜態(tài)、動態(tài)檢測和質(zhì)量檢驗等3個子項目，精修分為精調(diào)、更換（臨近預(yù)期壽命的零部件或設(shè)備）2個子項目，這5個子項目均獨立于一、二級修工作。其中，精調(diào)工作的目標是：當接觸網(wǎng)運行狀態(tài)超出標準狀態(tài)（或施工允許偏差值）且在警示值以內(nèi)，運行狀態(tài)不良且大面積發(fā)生，應(yīng)進行精調(diào)工作，調(diào)整至標準狀態(tài)（施工允許偏差以內(nèi)）。接觸網(wǎng)精測精修的精調(diào)工作范圍界定如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)精測精修的精調(diào)工作范圍

精測精修具有計劃性。各鐵路局負責編制精測精修計劃，組織審批設(shè)計和實施方案，組織實施和竣工驗收。根據(jù)各級修程的職責分工情況，一級修具有臨時性和急迫性，由運行工區(qū)即時組織實施，二級修具有計劃性，由維修工區(qū)有計劃地組織實施，精測精修與一、二級修的時空關(guān)系可以理解為：當精測精修與一、二級修的維修地點、維修目標不同時，可以考慮同時實施；當維修的地點、目標相同時，應(yīng)優(yōu)先保證一級修工作的開展；鑒于精測精修與二級修均具有計劃性，兩者可以統(tǒng)籌實施。

精測精修具有全面性和系統(tǒng)性。精測精修包括精確檢測、零部件檢驗、分析診斷與設(shè)計、精確修理、驗收等環(huán)節(jié)。精測工作需對接觸網(wǎng)進行內(nèi)容全面的靜態(tài)、動態(tài)檢測，零部件、設(shè)備根據(jù)預(yù)期壽命或日常檢查中發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量隱患、無法確認其能否在預(yù)期壽命周期內(nèi)安全運行時進行抽樣送檢；精調(diào)是精修工作的重要內(nèi)容，應(yīng)逐跨、整錨段進行，以使接觸懸掛恢復至標準狀態(tài)。精測數(shù)據(jù)的分析診斷分為接觸網(wǎng)檢測分析、零部件運行狀態(tài)分析兩項內(nèi)容，綜合考慮接觸網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、日常維護情況、線路運行條件、接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點及零部件工況等多項因素進行分析。

2 精測精修方案的設(shè)計原則

接觸網(wǎng)精測精修的策劃、設(shè)計及實施均處于高鐵運營階段，具有高標準技術(shù)要求和特殊性，需制定有針對性的設(shè)計原則。

精測精修應(yīng)首要確保正常運輸組織、動車組運行安全、接觸網(wǎng)性能及可靠性。適用線路為200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運行動車組列車的鐵路。

精測精修范圍：對超出施工允許偏差值且在警示值以內(nèi)的接觸網(wǎng)運行狀態(tài)不良者進行精調(diào)，對精調(diào)涉及的整體吊弦、臨近預(yù)期壽命的零部件和設(shè)備進行更換，對技術(shù)壽命終止、技術(shù)標準升級換代、技術(shù)發(fā)展需要或購置受限的進口產(chǎn)品等進行全部更換；已納入一、二級修或單獨立項整治的工作內(nèi)容除外。

執(zhí)行的技術(shù)標準：鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）、高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)規(guī)程、高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準、高速鐵路工程動態(tài)驗收技術(shù)規(guī)范、鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法等技術(shù)標準及文件。

勘測資料規(guī)定：標準狀態(tài)資料包括原設(shè)計文件、接觸網(wǎng)平面竣工圖、“一桿一檔”數(shù)據(jù)和非接觸測量的完整數(shù)據(jù)（含波形圖）及接觸網(wǎng)零部件預(yù)期壽命狀態(tài)等資料；接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測數(shù)據(jù)應(yīng)包含接觸線高度、高差、拉出值、接觸線磨耗、定位器坡度、接觸線相互位置（錨段關(guān)節(jié)、線岔、分相關(guān)節(jié)）等，并輸出靜態(tài)參數(shù)波形圖；弓網(wǎng)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)應(yīng)包含弓網(wǎng)動態(tài)接觸力、受電弓弓頭垂直加速度（硬點）、動態(tài)接觸線高度、動態(tài)拉出值、離線、接觸網(wǎng)電壓等，并輸出弓網(wǎng)動態(tài)檢測參數(shù)波形圖。

工程預(yù)算原則：執(zhí)行營業(yè)線施工有關(guān)規(guī)定，按夜間4 h天窗時間編制施工組織計劃，天窗日計劃原則上逐日安排連續(xù)進行。按鐵路更新改造工程并參考設(shè)備大修管理辦法進行預(yù)算編制，按封鎖線路每天上線一次，考慮人工、機械臺班消耗調(diào)整系數(shù)；在精修工程預(yù)算中應(yīng)考慮以下2項工作：每日天窗點內(nèi)精調(diào)施工前需進行接觸網(wǎng)參數(shù)復測，精調(diào)完畢需進行開通前交接驗收。

3 精測精修范圍的劃定

精測精修范圍按“重檢慎修”方針進行劃定。精測、精修兩項工作可以采取不同的策略，精測工作宜按供電段管轄范圍一次性組織完成，以便于全面收集數(shù)據(jù)、分析診斷和編制精修方案；精修工作宜采取分批次和小區(qū)段方式，以盡量縮小對鐵路運行和供電安全的影響，并且便于維修后及時驗收開通。

由于精測數(shù)據(jù)的分析診斷、精修設(shè)計、實施方案及預(yù)算審批、專業(yè)隊伍組建及施工準備等工作的持續(xù)時間較長，當精修區(qū)段內(nèi)發(fā)生一、二級修時，將導致接觸網(wǎng)運行狀態(tài)和參數(shù)發(fā)生變化，因此考慮到精測精修與一、二級修可能存在的相互干擾問題，精修單元宜按運行工區(qū)管轄范圍進行劃分，鑒于精修與二級修均具有計劃性質(zhì)，精修與二級修可以統(tǒng)籌實施。精測精修與一、二級修的最佳區(qū)段劃分如圖2所示。

圖2 精測精修與一、二級修的最佳區(qū)段劃分

4 精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷方法

目前我國智能牽引供電系統(tǒng)已初步建立了供電運行檢修管理系統(tǒng)，其中接觸網(wǎng)PHM系統(tǒng)可實現(xiàn)接觸網(wǎng)零部件故障診斷、接觸網(wǎng)系統(tǒng)性能預(yù)測、健康管理及維修決策等功能，但該系統(tǒng)尚處于完善階段，早期高鐵項目數(shù)據(jù)不全，因此暫不能發(fā)揮作用。鄭西高鐵接觸網(wǎng)精修項目和內(nèi)容是根據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果確定的，主要在弓網(wǎng)動態(tài)作用特性成區(qū)段不良、接觸網(wǎng)超標值增多及故障多發(fā)等3個方面進行。

4.1 動態(tài)檢測數(shù)據(jù)的評價

現(xiàn)有的接觸網(wǎng)運行質(zhì)量指數(shù)CQI（接觸網(wǎng)靜態(tài)指數(shù)，Catenary Static Quality Index）、CPOI（弓網(wǎng)運行質(zhì)量指數(shù)，Catenary Panpograph Operation Index）是依據(jù)高速弓網(wǎng)綜合檢測裝置1C的動態(tài)檢測數(shù)據(jù)子項如：接觸線拉出值、接觸線高度、弓網(wǎng)接觸力、燃弧率等對接觸網(wǎng)運行質(zhì)量進行評價［10-11］，對于弓網(wǎng)動態(tài)作用特性成區(qū)段不良的問題，考慮采用CQI、CPOI指數(shù)進行評價。

4.2 靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)的評價

對于接觸網(wǎng)超標值增多的問題，主要指靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)中超出標準狀態(tài)（或施工允許偏差值）比例增多，具體達到多大比例才考慮納入精修方案，需要采取定量分析手段。按照文獻［8］第七章“維修技術(shù)標準”中檢測項目進行靜態(tài)檢測，則CQI指數(shù)無法涵蓋靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)的所有子項，因此文中提出采用“不標準狀態(tài)率”指標進行評價，按以下公式進行計算：

數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算方法為：逐項將靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)與標準狀態(tài)值進行比對，統(tǒng)計出不標準狀態(tài)數(shù)量，然后計算出不標準狀態(tài)率。靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計和計算后逐項匯總見表1。對于達到一定不標準狀態(tài)率的檢測項目或類別，經(jīng)專家評估決定是否納入精修方案。

表1 接觸網(wǎng)靜態(tài)精測數(shù)據(jù)評價及決策表

4.3 零部件預(yù)期壽命的分析診斷

對于故障多發(fā)問題，由于零部件、設(shè)備的質(zhì)量檢驗與現(xiàn)場運行情況存在一定差異，個別試驗標準、試驗方法尚處于修編階段，以產(chǎn)品質(zhì)量檢驗結(jié)果判斷能否繼續(xù)安全使用或預(yù)期剩余壽命有一定難度。因此，當質(zhì)量檢驗或分析診斷存在不確定性時，應(yīng)參考日常運行維護情況（如：弓網(wǎng)故障、停電跳閘的影響程度及一、二級修情況等）進行綜合評判。另外，當零部件和設(shè)備的技術(shù)壽命終止、技術(shù)標準升級換代時，應(yīng)考慮進行全部更換。當早期高鐵項目的進口產(chǎn)品存在購置、技術(shù)服務(wù)受限時，應(yīng)考慮更換為符合國家或鐵道行業(yè)標準的國內(nèi)產(chǎn)品。

5 精測精修技術(shù)方案

鄭西高鐵的運營維護由鄭州鐵路局、西安鐵路局分別承擔，因此分區(qū)段進行接觸網(wǎng)精測精修方案研究，依據(jù)設(shè)計原則劃定了精測精修范圍，并根據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果確定了精修項目和內(nèi)容。由于之前這兩個鐵路局各自完成了管段內(nèi)一些接觸網(wǎng)缺陷整治工作，因此在精修范圍、項目和內(nèi)容上略有不同。

5.1 鄭西高鐵K947+691~K1076+244段

本區(qū)段精測范圍為靈寶西~華山北區(qū)間K947+691至西安北站K1076+244，其中包含華山北、渭南北、臨潼東、西安北等4個車站及4個區(qū)間。精測項目和內(nèi)容見表2。

根據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果，研究確定了急迫實施的精修項目和內(nèi)容。第一階段精修項目和內(nèi)容為：本區(qū)段絕緣錨段關(guān)節(jié)及電分相處66組、無交分線岔處70組的定位線夾U型銷釘、定位支座/定位器鉤等存在磨損情況，進行成套更換；臨潼東站4組1/41道岔處帶第三輔助索無交分線岔，由于第三輔助索錨段張力與正線接觸網(wǎng)張力不一致，接觸線磨耗略高于正線接觸線，進行換線及精調(diào)。

5.2 鄭西高鐵K691+131~K758+660段

本區(qū)段精測設(shè)計范圍為洛陽龍門站K691+131至澠池南站K758+660，其中包含洛陽龍門、澠池南2個車站及1個區(qū)間。精測項目為靜態(tài)檢測、動態(tài)檢測、零部件和設(shè)備質(zhì)量檢驗等3項。靜態(tài)、動態(tài)檢測內(nèi)容基本與表2一致。零部件和設(shè)備質(zhì)量檢驗送檢內(nèi)容為：定位器2套、定位線夾2套、定位支座2套、整體吊弦25套、彈性吊索線夾4套、彈性吊索吊弦4套、接觸線中心錨結(jié)線夾1個、承力索中心錨結(jié)線夾1個、錨支定位卡子2個、定位管吊線2套、吊線固定鉤2個、避雷器1臺、下錨復合絕緣子2根。

表2 鄭西高鐵K 947+691~K 1076+244段精測內(nèi)容

根據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果，研究確定了精修項目和內(nèi)容，見表3。

表3 鄭西高鐵K 691+131~K 758+660段精修內(nèi)容

6 結(jié)論

接觸網(wǎng)精測精修的規(guī)劃、設(shè)計及實施均處于運營階段，具有高標準技術(shù)要求和獨立性、計劃性、全面性、系統(tǒng)性等特性，通過制定針對性的設(shè)計原則，劃定了鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測精修范圍，并根據(jù)精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷結(jié)果確定了精修項目和內(nèi)容。通過深化研究精測精修范圍、精測數(shù)據(jù)評價和分析診斷方法，得出以下結(jié)論：

（1）精測工作按供電段管轄范圍一次性組織完成，精修工作采取分批次和小區(qū)段方式進行；

（2）動態(tài)檢測數(shù)據(jù)采用CQI、CPOI指數(shù)進行評價，靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)采用不標準狀態(tài)率的指標進行評價；

（3）零部件預(yù)期壽命應(yīng)參考日常運行維護情況、技術(shù)壽命、技術(shù)標準升級等因素進行綜合評判。

截至2019年12月底，我國高速鐵路開通運營滿7年的項目多達25個，線路長度合計8 787 km，其中包括京滬高鐵、京廣高鐵及滬昆高鐵等國家鐵路動脈，接觸網(wǎng)精測精修是延續(xù)接觸網(wǎng)高質(zhì)量運行的重要舉措，相關(guān)成果可為后續(xù)高鐵項目提供借鑒。