高速鐵路牽引供電接觸網施工關鍵問題研究

楊 雄

（長江沿岸鐵路集團股份有限公司，湖北 武漢 448000）

接觸網受多種因素影響，其中接觸網施工技術是最重要的因素之一。高鐵施工以及國內外運行試驗與維修的實踐證明，要保障高速供電線路系統的安全，除了必須選用優質和先進的受電弓等導線設備以外，同時還需要先進的安全運行標準，并保證具有一定的可靠性[1]。在遇到施工問題時，需要及時排查接觸網線和各種高速電力布線系統在實施過程中的關鍵工藝控制點，并進行深入、細致地調研，以了解其先進技術，保證工程施工效率，并減少在施工時對線路及其他配電系統的額外影響。

1 接觸網施工的技術要點

1.1 技術參數的控制

因為工程的技術特點，在施工過程的中橋梁和地面支柱都需要在軌道工程施工前做好預先準備，因此在施工階段，需要先對橋面施工條件和地面軌道的預先支撐進行技術分析，然后在后續工作中，逐步調整有關參數值，并在一定標準值范圍內對其進行控制，以確定對地面軌道施工的有關要求，在中國高速鐵路設計和施工過程中對技術的要求也相當高。在中國高鐵施工階段，目前有3套高精度的檢測系統，即一級、二級和三級檢測系統[2]，可對其進行檢測，以保證地面軌道施工中相關參數的精度。軌道檢測通過一級和二級精確測量系統和三級精確檢測系統完成。在鐵路施工過程中，使用軌距數據將從三級精確測量網絡獲得的數據導入特定建筑物中，施工人員必須將其作為在軌距施工中調整導線值的主要依據，以確保數值在規定范圍內。

1.2 接觸網結構參數

高速鐵路接觸網結構中布置于跨線橋上的觸網上、和下游線路均為對稱設計，檔距約50 m，并且每側設置了T線和F線兩條饋電線。它由一條通信線與下方的另一條接觸線所構成。另外，將空氣連接電纜PW電纜）布置在兩端，以避免電壓回流[3]。而按照京津城際客運專線的特殊設計參數，大教堂F線、大教堂T線和大教堂T號線路在軌面的高程分別為6.9m、5.3m和7.4m。PW線路的安裝位置和大教堂T的安裝位置一致。橋梁間距為33m，高度則考慮為12m和16m兩個典型高程（軌距地高度）。

1.3 高架橋參數

高架橋的主要結構包括箱梁和橋梁主體兩個部分。其中，橋梁主體主要由墩體、支撐平臺和樁基3個部分組成，并且支撐平臺和樁基都是在地下建造的。根據接觸網線路牽引供電有關的高架參數主要部分是對其內部接地導線進行的設計布局。根據《客運線路綜合接地技術標準實施辦法（暫行）》的規定[4]，高架箱梁的電纜室內放置兩根接地線，箱梁上面板放置4根縱向接地棒（直徑必須大于或等于16 mm），6根接地線穿過橋端橫向連接桿的直徑連接至接線盒桿的底部，兩根接地桿放置在橋塢框架內。耦合裝置從頂部引出，通過導線連接至箱梁底部的接地連接器，底部連接至軸承體的矩形平面接地鋼筋。橋墩通常由6～8個樁基組成，每個樁基配有連接桿[5]。在高架橋施工中，接地鋼筋不是單獨設置的，而是從非預載結構鋼筋（以下簡稱“結構鋼筋”）中選擇，該結構鋼筋進行綁扎和粘結，并通過焊接工藝進行嚴格的等電位連接后使用。高架橋有數百根結構鋼筋，箱形鋼筋、碼頭豎井、承臺和樁基的結構鋼筋系都在箱梁上。

2 接觸網耐雷性能分析方法

2.1 直擊雷過電壓計算模型

雷流波形在直擊雷過電壓計算模型數據中呈現為2.6/50us的斜角波。其中雷通道阻抗也與雷流幅值有關，當雷流較大時，取為820Ω，當雷流較小時，則取為320Ω[6]。這是由于接觸網F線的雷擊跳閘率很高，而受到F線屏蔽的T線雷擊跳閘率較低；提出了將PW線兼做避雷線使用以及在F線絕緣子上安裝帶串聯間隙避雷器的防護方案，同時，建議加強高架橋非預應力結構鋼筋與接地鋼筋的可靠等電位連接，以提高防護方案的效果。

接觸網導線和支柱傳輸。導線設計是以平行傳輸線為主，參數根據JMarti模型計算可得。其中，由承力索和接觸線組成的T按二分裂導線處理。支柱采用傳輸線模型等值，波阻抗取250Ω。表1為試驗中所獲得的對接觸網線路供電系統絕緣子正、負極特性以及對基準雷沖擊的50%放電電壓特性。

表1 接觸網絕緣子雷電沖擊50%放電電壓

2.2 高架橋模型

高架橋模型主要以高架橋箱梁和橋梁為主要參數對象，采用綜合法構建了各種高架橋仿真系統。根據相關客運專線的接地技術實施措施（臨時），高架接地線包括接地線和接地鋼筋。實際上，接地鋼筋也與結構鋼筋相連。當雷擊電流通過時，結構鋼筋也在一定程度上參與了雷擊電流的消除。因此，在建模中考慮2種情況：1）是否只有接地線放電。2）結構加固能否有助于流體排放。只有在接地線放電時，才會考慮箱線的對角線和具有縱向連桿直徑的平行線。因此，該文將其視為傳輸線，并通過JMarti模型的計算；橋梁結構接地鋼筋垂直布置，結構復雜[7]。首先，通過轉矩法計算導納法的頻率響應，然后通過矢量匹配技術和網絡合成理論計算導納方法的頻率響應范圍，構建與沖擊阻抗系數相對應的電路空間。本次采用一種有理函數近似求值方法，也就是矢量匹配。其中使用矢量匹配技術來近似導體結構的輸入頻率響應的響應數據，從而在理論參數基礎上導出相應的有理函數表達式。矢量匹配在模型應用中，第一步是先將導體結構的特性進行傳遞分析，導出有理函數分式，然后進行迭代逼近計算，如公式（1）所示。

式中：an和cn分別為一階有理分式的的零點和極點；e為一次項系數；d為常數項。

當迭代逼近計算時，選取一組初始極點， 并假設未知函數σ（s），其有理函數逼近σfit（s）如公式（2）所示。

設σ（s）與f（s）乘積的有理函數逼近（σf）fit（s）與σfit（s）具有相同的極點，如公式（3）所示。

則有（σf）fit（s）≈σfit（s）f（s），把這項公式展開得到式（4）：

將導納頻率響應計算結果f（si）及其相對應的頻率si帶入式（4），可得到以cn、、e及d為解向量f的超定線性方程組。

利用最小平方法對x進行求解后，可得到oat（s）和（f）mt（s）的表達式，進一步將其改寫為分式表達式，并根據式（4）可得：

由式（6）可知，f（s）的極點為σfit（s）的零點。如果假設初始極點與f（s）的極點相同，計算獲得的將與相 等，即σffit（s），因此可推斷，將前一次計算求得的。為下次計算的初始極點反復迭代，將不斷向真實極點收斂。完成極點an的迭代計算后（最后一次迭代求出的），將an、頻率si，和橋墩響應f（si）帶入式（1）可得到以cn、e、d為解向量的超定線性方程組，同樣采用最小平方法對其求解，即可獲得導納傳遞特性的有理函數逼近f（s）。

在應用網絡綜合理論的過程中，f（s）可采用如圖1所示的等值電路，電路可以進行等效處理。其中，f（s）的標準項d和一次項se分別對應電阻支路Ro=1/d和電容支路Co=e實際值。f（s）實數極點分式項采用RrLr，串聯支路等值，其中Rr=-an/cn，Lr=1/cn。f（s）的共扼復數極點分式項采用RcLcCcGc。混合分支的等效值可與混合分支的分量參數值和混合分支的輸入函數進行比較，并可通過鍵入等式獲得。

圖1 導納傳遞函數等值電路

使用上述方法，在“僅考慮接地線泄漏”和“考慮結構鋼筋泄漏”的條件下，建立高架橋箱梁和碼頭沖擊變化阻抗的相應電路模型。根據鐵路供電線路的設計，設計出提供牽引供電保護的高架橋結構鋼筋布置圖，從而確定“避免結構鋼筋材料滲漏”模型。最后為了驗證高架橋箱梁相應電路模型和碼頭沖擊阻抗的準確性，可以采用直接計算扭矩法進行驗證。

3 高速鐵路接觸網牽引供電施工問題探究

因為錨件接頭電氣連接用壓制觸線夾的方法并不符合標準，所以當電氣接頭夾掉落于觸線表面下時，動車組將以240km/min的運行速率與觸線夾產生撞擊，使得受電弓自行下降或停止。鉗體材質為T2銅，而“U”形夾材質為QSil-3。產品的機械要求是壓緊后鉗和螺絲扣間的最大摩擦壓力為2.0 kN；電學特性要求是聯系點的電流不超過同樣直徑導線的電流。隨著壓力的增大，螺絲扣夾向平行于接觸的開口內擠壓。夾子兩端外露螺紋的長度均為1mm～3mm。擠壓后，夾子底部不能有高度大于2 mm的直尺。

3.1 問題分析

夾鉗連接器與電氣連接器經常在操作過程中脫落的主要原因是夾鉗連接器的公差過大。當安裝在接觸導線上時，當零部件位置1（圖2中顯示）的凸起鉤腳在安裝過程中因為摩擦以及不正當操作導致腳鉤長時間滑動被磨平或者因重量被壓平，會導致接觸線接式線夾的夾緊固定功能損耗。又由于夾線器在壓制過程中的移動，調整了中心夾線器，并將柱塞的一側壓在一個直表面上（圖2左位置1），將柱塞支撐在“U”形壓力機的邊緣上，該表面未按計劃壓入導線的彎頭槽中，導致線夾持器夾持力不足，列車受電弓快速振動。

圖2 接觸線壓接式線夾

在這類壓力機的庫存中所得到的堵塞解決方案和取樣表明，在裝配過程中通過將柱塞支撐于“U”字形線夾器中來產生較大空隙，提高鉤腳的靈活性。當不滿足上述工藝條件時，用電線沿導線方向滑動夾體，使下部導線安裝孔從安裝在接觸線上的螺紋夾的開口端移動到螺紋夾的彎曲頭，通過螺紋夾將其連接到接觸線上[8]。卡箍不得脫落，輕輕向左和向右拉動已安裝的卡箍，直到確保卡箍牢固安裝為止。緊固件的制作工序不適當，與壓線機的間隙過大，導致預安裝后不平衡。在壓縮過程中，中心線的操作直接壓在壓力機的表面上導致壓縮力不足，無法牢固鎖定接觸線。

3.2 建議措施

在項目工程進行的過程中，壓力機的安裝質量僅取決于制造商授權的質量檢測數據，沒有定量和簡單的方法來檢查產品并生成檢驗報告。根據現場經驗，壓力機的外形尺寸和壓力機后尺寸的檢測也是檢查壓力機質量的方法，但誤差水平很高[9]。對一次成型的壓力機質量，制造商必須找出產品的外形尺寸和尺寸塑性變形后的標準和制造公差，。因為卡口的尺寸公差過大，所以禁止安裝和使用不符合鋼絲壓具沿電纜滑動至“U”形夾要求的卡口或預安裝后鋼絲壓具未嚴格聯網的卡口。

4 結語

接觸線是我國高鐵項目施工的關鍵內容。該類別的施工質量必須符合一定標準才能保證高鐵運營。如果某個類別的施工中出現重大隱患會影響高鐵的經營。中國鐵路生產技術水平有了質的提升，但是中國高速鐵路生產關鍵技術的研發時間比其他國家的研發時間短且有機鋼建設基地滯后，在中國高速鐵路經營過程中產生了一些問題。為了提高中國接觸網包括中國高速鐵路技術接觸網的生產技術水平，必須加強建筑群的專業施工力量，完善施工標準，以降低施工誤差，將各個施工環節串連起來才能不斷優化中國高速鐵路施工技術。