京廣擴能工程接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

吳昊

摘 要：對京廣擴能工程中鄭州北站既有的錨段關(guān)節(jié)的特點進行分析，提出改進方案。通過論證后指出對既有關(guān)節(jié)進行稍加改造后便可提高線路穩(wěn)定性，滿足繁忙站場運輸需要。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);錨段關(guān)節(jié);鐵路

在我國電氣化鐵路的接觸網(wǎng)設(shè)計中，錨段布置長度根據(jù)現(xiàn)場情況各不相同，錨段兩頭通過下錨補償裝置使接觸線和承力索可以隨溫度變化自由伸縮，以保持其張力恒定。而在兩個錨段的過渡區(qū)域需要設(shè)置一段重疊區(qū)，以保證受電弓的平順運行，該重疊區(qū)稱之為錨段關(guān)節(jié)。按其電氣是否連接可以分為“非絕緣錨段關(guān)節(jié)”與“絕緣錨段關(guān)節(jié)”，根據(jù)其跨數(shù)可以分為3跨、4跨、5跨、7跨等錨段關(guān)節(jié)，在中國使用最為廣泛的時3跨和4跨錨段關(guān)節(jié)。鄭州北站是亞洲最大的編組站，每天都有繁忙的貨運運輸，然而既有未經(jīng)改造的“三跨”絕緣錨段關(guān)節(jié)弓網(wǎng)關(guān)系存在缺陷，在京廣線擴能改造之際，從功能性、安全性、改造成本等方面考慮，探討既有錨段關(guān)節(jié)改造的可行性。

1 關(guān)于錨段關(guān)節(jié)的選用條件

對于各種形式的接觸網(wǎng)來說錨段關(guān)節(jié)部位都是容易產(chǎn)生硬點的部位。在硬點部位容易出現(xiàn)磨損嚴重、產(chǎn)生電弧及瞬時過大接觸壓力等情況，所以，需要優(yōu)化錨段關(guān)節(jié)處的接觸網(wǎng)彈性，使這些部位的最大正壓力與其他工作點的壓力值保持順滑平穩(wěn)。而改進方案主要通過增加接觸線的張力使錨段關(guān)節(jié)處彈性降低，或者縮短錨段關(guān)節(jié)處每跨的間距來縮小懸掛點的彎矩。

1.1 錨段關(guān)節(jié)的選用條件

（1）錨段關(guān)節(jié)的跨距數(shù)。既有的3跨式錨段關(guān)節(jié)中，兩錨段是在中間跨進行過渡的。電力機車在低速行駛時至兩轉(zhuǎn)換柱之間時，受電弓將同時與兩條接觸線相接觸，并滑過約1/3跨距的距離。所以非工作支的接觸線在兩個轉(zhuǎn)換柱處需要分別抬高約500毫米。但是如果將跨距縮短并且將接觸線張力提高那么受電弓同時接觸兩條接觸線的距離將達不到1/3跨距的要求，因而如若要提高錨段關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性則必須增加跨數(shù)，使其大于三個跨距。

而四跨式錨段關(guān)節(jié)，受電弓同時與兩條接觸線接觸的區(qū)域僅為一個懸掛點，并且兩條接觸線懸掛等高，容易造成懸掛負載集中。使此處懸掛點產(chǎn)生較高的正壓力，在受電弓長期運行時容易使該處加速磨損。

（2）錨段關(guān)節(jié)抗風性。檢驗承導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的抗風性的關(guān)鍵在于，驗證承導(dǎo)線在大風天氣下的動態(tài)包絡(luò)線是否滿足弓網(wǎng)關(guān)系，確保其滿足正常工作狀態(tài)。在強風下偏移時的運行狀態(tài)也直接關(guān)系到承導(dǎo)線供電穩(wěn)定性以及弓網(wǎng)的取流。在風向與承導(dǎo)線越接近垂直時，承導(dǎo)線所收的風力也最大。根據(jù)準靜態(tài)空氣動力學(xué)方法。

式中C為載體系數(shù)，A為結(jié)構(gòu)迎風面積（m2），ρ為空氣密度（kg/m3）。

然而風載并不是平均的，需要考慮脈動風對其影響。脈動風的風速V（t）為：

式中，U 為平均風速，v（t）為脈動風速。瞬時風壓為：

由公式可以看出接觸線越粗，其受風面積越大。但隨著截面積增大，線索的結(jié)構(gòu)剛度也會變大，故線索的直徑粗細對承導(dǎo)線抗風性影響效果不明顯。然而通過增加承力索初始張力，可以使結(jié)構(gòu)防風性增強[1]。

1.2 錨段關(guān)節(jié)跨距長度

要提高錨段關(guān)節(jié)的安全性穩(wěn)定性，需要增加錨段關(guān)節(jié)的跨數(shù)，如今廣泛應(yīng)用的是4跨錨段關(guān)節(jié)。如果利用現(xiàn)有支柱，保持既有支柱布局則需要延錨，就會造成既有支柱負荷大大增加降低了運行的安全性。并且延錨會使導(dǎo)線的接頭數(shù)量變多，使運行的可靠性反而更低。同時也使得工程成本大大增加。

鄭州北站上直通場1錨段與3錨段的錨段關(guān)節(jié)跨距為65米，如若利用本次擴能改造，在更換舊支柱的同時增加1根新支柱，可以將舊3跨改為4跨，每跨僅為49米，不但縮短了跨距，也增強其抗風性。

2 關(guān)節(jié)處的導(dǎo)高與拉出值

2.1 關(guān)節(jié)處的導(dǎo)高

跨距在55米以內(nèi)的3跨錨段關(guān)節(jié)和4跨錨段關(guān)節(jié)，接觸線非支抬高均為500毫米?？缇嘣?5米以上時，非工作支的抬高為600毫米。而京廣擴能改造工程設(shè)計的，絕緣錨段關(guān)節(jié)或非絕緣錨段關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換柱處接觸線非支抬高均為500毫米。

2.2 關(guān)節(jié)處的拉出值

非支接觸線在轉(zhuǎn)換柱的拉出值控制在不超過在400毫米，以使得每個定位器均保持在受拉狀態(tài)。

2.3 分析

（1）3跨關(guān)節(jié)：

圖1中，每個轉(zhuǎn)換柱非工作支接觸線抬高為500毫米，工作支的拉出值為200毫米而非工作支的拉出值700毫米，假設(shè)受電弓在運行中抬升100毫米，則在兩轉(zhuǎn)換柱間受電弓將同時接觸兩條接觸線，而非制的接觸線拉出值有可能達到500毫米，如若再考慮到有風情況下風偏200毫米，使得非支拉出值偏大，會導(dǎo)致受電弓鉆入非支。而在本次擴能改造工程中，為減小轉(zhuǎn)換柱間的接觸線斜率，把原瓷絕緣子換成了體積更小的復(fù)合絕緣子，使得抬高量更小，很容易造成非工作支的鉆弓。

為保證錨段關(guān)節(jié)處工作支與非工作支運行順滑，需要使過渡區(qū)域的接觸線等高，或者在交叉點略微抬高。在受電弓運行中，出現(xiàn)了硬點，容易造成打弓或拉弧的情況。

（2）4跨錨段關(guān)節(jié)。本次擴能改造采用的4跨絕緣錨段關(guān)節(jié)的平面圖見圖2。圖2中ZF1、ZF2轉(zhuǎn)換柱處，非工作支抬高為500毫米，接觸線是在ZF1、ZF2間過渡。能夠使得電力機車在錨段關(guān)節(jié)處運行不會鉆入非支。

2.4 小結(jié)

將既有的3跨絕緣關(guān)節(jié)改為4跨絕緣關(guān)節(jié)，并通過調(diào)整跨距、轉(zhuǎn)換柱處拉出值、接觸線高度、風偏等，使受電弓運行可靠性大大增加，避免受電弓鉆入非工作支。

3 結(jié)束語

錨段關(guān)節(jié)的弓網(wǎng)特性影響著列車的安全運行，通過調(diào)整接觸線高度、跨距與拉出值的布置方式即可提高安全運行條件，并且將3跨改為4跨錨段關(guān)節(jié)只需稍加改造，在不過多增加成本的基礎(chǔ)上即可滿足大運量站場的需要，性價比十分優(yōu)越。

參考文獻：

[1]王迎波.四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)風振相應(yīng)影響分析[D].西南交通大學(xué)，2012.