鐵道電氣化接觸網產生硬點的原因分析與改進對策

王譜源

摘要：鐵道電氣化接觸網硬點問題是鐵道電氣化建設的常見問題之一，此類問題容易產生電弧傷害以及機械損傷問題。解決此問題，一直都將是鐵道接觸網的關鍵性工作。 下面將以鐵道電氣化接觸網硬點問題為研究對象，主要探討電氣化接觸網、接觸網硬點問題和危害、接觸網硬點產生原因以及硬點改進對策，結合我國鐵道接觸網建設實際情況，從理論和實踐兩個方面總結鐵道電氣化接觸網硬點改進對策，旨在推動我國鐵道電氣化接觸網發展。

關鍵詞：鐵道電氣化接觸網硬點改進措施

中圖分類號：U213??? 文獻標識碼：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

鐵道電氣化建設是我國鐵道系統建設的重要主要組成部分，同時也是未來我國鐵道電氣化、智能化發展的基礎。而實際上，當前我國電氣化建設還存在問題。例如： 電氣化后接觸網常出現硬點問題，給鐵道運行造成危險。因此，在鐵道電氣化不斷深入發展的背景下，要求對接觸網硬點問題進行有效處理。近年來，我國鐵道相關部門一直在致力于接觸網硬點問題研究和處理，已經提出多條措施，并且經過實踐驗證具有良好的作用。

1鐵道電氣化接觸網

1.1鐵道電氣化接觸網定義

鐵道電氣化接觸網是鐵道電氣化過程中電網供電的一種網絡形式。現代化鐵道建設過程中，鋼軌采用“之字形”架設接觸網，使受電弓能夠接收高壓輸電線電流。接觸網是鐵道電氣化的重點網絡架構，沿鐵道干線架設，為提升電力安全，架設于機車上方。

1.2鐵道電氣化接觸網類型研究

為適應車輛電氣需求以及鐵道系統發展，我國鐵道電氣化接觸網發展為不同類型，以滿足不同電氣化接觸網應用需求。

1.2.1簡單接觸懸掛

簡單懸掛是一種傳統的電氣化接觸網懸掛方式。我國簡單懸掛采用支柱以及基礎結構作為懸掛形式，有效提升鐵道接觸網穩定性。而在簡單懸掛方式不斷應用背景下，我國鐵道電氣化專家開始針對該形式進行改進。如今，該懸掛方式開始增加補償設備。補償裝置設置于接觸線下方，能夠調節張力和馳度。根據不同需求調整簡單懸掛，提升接觸網適應性。另外，也有專家提出在懸掛標準點增加彈性吊索，利用吊索設備優化取流條件。經計算，懸掛彈性吊索的長度最佳為16～18cm，能夠起到最佳作用。

1.2.2鏈形懸掛的接觸線

鏈形懸掛接觸線也是一種實踐中常用的接觸線形式。該接觸線利用懸掛方式，將吊弦與承力索連接。承力索又與支柱連接，從而使接觸線懸掛點增加，提升穩定性。而此種方式，接觸線的支持和基礎結構可以不用增加，從而降低了成本。在接觸線運行時，可以調整吊弦長度，確保接觸線跨度距離與軌道面距離一致。

簡單懸掛和鏈形懸掛方式都是當前我國鐵道電氣接觸網主要形式。兩種方式具有不同的優勢和問題。而當前我國鐵道部門依舊在不斷創新接觸網形式，例如： 補償鏈形懸掛、半補償鏈形懸掛等均是新型接觸網形式，適合應用不同情況。

2鐵道電氣化接觸網硬點及其影響分析

我國鐵道電氣化接觸網經過多年發展已經達到非常成熟。但是，多年來，之所以對鐵道電氣化接觸網進行改進，不僅僅是鐵道事業發展的必然需求。同時也由于鐵道電氣化接觸網在應用過程中出現諸多問題。例如： 研究發現，鐵道電氣化接觸網在應用時，常出現硬點問題，影響到鐵道電氣化接觸網運行。因此，該文就針對鐵道電氣化接觸網硬點進行全面分析研究。

2.1鐵道電氣化接觸網硬點問題研究

經過長期實踐研究，總結鐵道電氣化接觸網硬點故障問題具體是指鐵道機車運行時，車輛受電弓與接觸線的接觸力出現突然變化的位置，或者說產生接觸力突然變化的接觸網點位置為接觸網硬點。

鐵道電氣化接觸網運行時，正常狀態之下，接觸網各位置壓力保持均等和不變，受電弓電壓始終保持穩定。但是，由于各種因素，導致接觸網某一位置受電弓受力發生改變，受電弓的取流勢必會受到影響。鐵道電氣化接觸網運行也將受到影響。而由于硬點問題具有突然性，鐵道電氣化接觸網硬點故障也具有突然改變，瞬時性特點。但是，正是因為瞬時的影響，將會導致鐵道電氣化接觸網受到故障影響。

2.2鐵道電氣化接觸網硬點問題影響

鐵道電氣化接觸網硬點問題也是受電弓運行狀態瞬時變化的問題。而通過問題全面研究發現，該問題不僅會產生瞬時性影響，同時也對整個鐵道運行造成多種不良影響。而總結實踐經驗發現，該問題的影響主要包括機械損傷以及電弧傷害兩種方式。

2.2.1機械損傷問題研究

鐵道電氣化接觸網產生硬點之后，受電弓最先受到影響，其中不均勻升降現象最為常見。受電弓經過線路硬點時，經常會出現不均勻升降問題。而如果長時間出現該問題，受電弓滑板以及接觸導線都會因為機械受力變化、撞擊而產生摩擦損傷。如此一來，受電弓的折損率有所提高。機械損傷問題也容易造成鐵道電氣化接觸網運行維護成本增加，嚴重影響到電氣化接觸網運行。

2.2.2電弧傷害

受電弓在經過接觸網硬點時，也會隨機產生分離問題。由于硬點受力變化，導致受電弓接觸網會產生瞬間應力變化，由此造成接觸網與受電弓形成分離問題。分離之后，受電弓取流中斷或者取流效率降低。另外，此時，如果分離出現夾帶的問題，將會產生電流火花。火花或大或小，極容易給接觸網和受電弓造成損傷，影響到接觸網運行，燒斷接觸網，最終也造成列車運行安全問題。

3鐵道電氣化接觸網硬點產生原因

鐵道電氣化接觸網是鐵道列車運行的關鍵，接觸網硬點問題很大程度上會影響鐵道列車電氣化運行，繼而給列車運行造成影響。因此，研究鐵道電氣化接觸網硬點及故障問題及原因已經成為相關部門的重點課題。對相關資料和硬點問題進行深入研究，總結鐵道電氣化接觸網硬點故障原因包括以下幾點。

3.1接觸網設計原因

接觸網設計環節出現問題，容易導致接觸網硬點問題，造成接觸網運行不良。接觸本身具有一定的彈性，其彈性的均勻度是接觸網懸掛方式的重要標準，在接觸網設計的過程中，需要對其彈性及均勻性進行設計。但是，對接觸網硬點問題研究發現，產生硬點問題的主要原因正是因為部分接觸網彈性下降。而深入分析發現，在絕緣錨段的關節和分相絕緣錨段關節中采用的定位器件具有較大的重量，容易造成重量的集中，導致接觸網在定位器出現嚴重的重量集中現象。如此一來，接觸網彈性均勻受到影響，出現問題的位置開始出現彈性下降問題。

另外，接觸網設計時分段接頭位置、設備元件、隔離開關以及避雷設備的自身重量相對較大，并且重量不均等，接觸網各位置承載重量不同，網線均勻程度自然有所不同。均勻程度不同位置會因為受電弓反復接觸而產生應力突變問題，繼而造成較大的沖擊硬點。

3.2接觸網懸掛形式原因分析

硬點問題原因深入研究發現，接觸網懸掛形式也是引發硬點問題的主要原因之一。鐵道車輛運行、線路運行以及懸掛形式會對接觸網產生綜合性影響。一般情況下，接觸網設計或者施工都根據區域內實際情況設計。但是，部分形式需要符合基本條件，而其在運行時，會受到其他因素影響。例如： 以半補償簡單鏈形懸掛方式為例，雖然適合大部分區域，但是在大風等惡劣天氣，其自身防御力相對比較差，很容易在惡劣天氣下出現應力變化。其中接觸線和錨固段中下部張力差位置極容易由于應力不均而產生硬點問題。

在對懸掛形式研究中發現，由于三跨錨段關節在轉換柱處接觸線存在著一個從負坡度向正坡度的過渡點，這時對受電弓的沖擊也較大。因此，應該根據線路和環境等多方面的因素，考慮接觸網的懸掛方式。

3.3接觸網檢修原因分析

接觸網檢修工作是接觸網運行過程中的關鍵措施對于接觸網運行有非常重要的影響，是對接觸網運行的一種保護。實際上，接觸網檢修也是造成問題的主要原因之一，影響到接觸網運行管理質量。以下是對接觸網檢修工作造成硬點問題的原因分析。

（1）接觸網分相或者分段設備進行線路過渡連接過程中，線路本身不夠平滑、線路間隙誤差大。需要臨時調整定位點，而一旦調整定位點，將會造成受電弓位高度被提高，抬高之后，接觸網也會產生不良影響。

（2）接觸網在實施線路檢修的過程中，產生硬點問題的主要原因也是測量方法不合理問題。由于測量工具自身或者是測量方法的不恰當，都有可能導致接觸網線在跨距之內發生較為明顯的變化，導致電力機車的受電弓在高速通過的過程中形成過大的接觸沖擊，在接觸網上形成硬點。

（3）檢修過程中不良檢修作業手法也容易引起接觸網硬點問題。檢修過程中，檢修作業人員的作業行為極有可能影響到線路運行。實際上，接觸網檢修過程中，始終都應該明確工作要點，防止對接觸網運行造成影響。但是，由于現代化檢修隊伍缺乏專業性培訓抑或者檢修作業人員自身素養問題，導致檢修過程中經常出現踩踏接觸線、過力操作等行為，容易給接觸線平直度造成影響，引發線面扭曲問題，保證硬點措施 ，保證接觸網檢修達到最佳效果。

3.4接觸線材質原因分析

接觸線材質對接觸線硬點的影響是內部影響因素。接觸線受力情況產生變化與接觸線材質之間存在密切聯系。尤其是在我國鐵道運行速度提升之后，對接觸線材料研發應用提出更高的要求。接觸網線材質的要求，人們在設計的過程中需要通過對傳統材質的改變來降低接觸材質對接觸網線硬點產生的影響程度。例如，某客運專線的高速列車在試車的過程中，其最初采用的鎂銅接觸網線在試車的過程中出現了連續火花的現象。在通過相關單位的研究和分析試驗之后，結合持續增加接觸導線張力的試驗方式，發現連續火花的現象依然存在。之后，在實驗室中通過采用鎂銅接觸線與銀銅接觸線兩種材質，在對受電弓加載垂向力和縱向加速度來分別模擬硬點與沖擊之后，發現兩者的接觸信號以及波形存在著較大的差別。

試驗研究發現，接觸網材質不匹配，弓網材質不符合等問題，已經嚴重影響到接觸線運行，容易引起接觸網變形問題。

3.5線路質量原因分析

線路質量問題會造成接觸網運行硬點。如研究發現機車運行時，極容易產生接觸網硬點的位置為橋梁位置、隧道口以及鋼軌接頭位置、以上幾處位置都會對線路造成影響，而產生對接觸網參數變化。如以上位置大部分是列車運行改變速度和動力的位置，或者是地形不平緩位置，而一旦列車運行參數變化，受電弓與接觸網之間的應力也會產生變化。在鐵道運行中，將該位置稱作為變坡點、變坡點情況下，極容易形成強烈應力變化，該位置的接觸網也會形成硬點問題。

另外研究發現，接觸網運行中，硬點分布具有隨機性。現場維護與作業不利于把握，電力機車在運行中取流、架空網線與受電弓之間關系密切而復雜、接觸壓力比較大，各因素硬點形成主要原因。

4鐵道電氣化接觸網硬點改進故障

鐵道電氣化接觸網硬點問題影響因素比較多，同時影響也相對嚴重。因此，針對此種情況下，要求我國鐵道電氣化接觸網相關部門需要完善自身工作，做好硬點問題的改進。針對上述原因，該文結合相關案例，具體提出以下幾點措施。

4.1接觸網優化設計

鐵道電氣接觸網建設過程中，需要針對性完成鐵道電氣化接觸網設計。設計過程中，根據鐵道電氣需求，線路區域內的自然天氣情況和地理情況合理設計接觸網。以下是結合工程經驗，探討當前我國接觸網設計解決硬點問題的有效方法。

4.1.1定位器結構優化設計

傳統電氣接觸網設計過程中，認為定位器等裝置產生的硬點問題無法得到有效處理。定位器自重因素導致硬點問題缺失難以解決。但是，如果能夠調整定位坡度，就能夠有效控制定位器重力情況。如，經過長時間工程研究發現，接觸網設計時，定位器上拉和上抬力能夠與定位器1/2重量的重量均等，便能夠有效抑制電網接觸網硬點問題。

4.1.2中心錨結優化設計

中心錨結位置線夾和線路重量較大，因此容易在此位置上形成硬點。針對此種情況，現代化接觸網水中心錨結懸掛高度超過接觸網線路懸掛2 ～3cm、從而實現平衡性調整，保證中心錨結有效控制^[1]。

4.1.3優化吊弦點處，提升彈性平均性

研究發現，如果能夠消除吊弦之間的高度差，就能夠使接觸網線路始終保持在同一高度范圍，從而實現接觸網線路運行優化，有效解決硬點問題。

4.1.4線岔設計

線岔設計是對兩條接觸線的高度進行優化設計。設計時，要求接觸網交叉點應該將正線與側線連接，并且正線需要在標準高度上增加1cm，而側線需要在線岔附近提升3cm。通過上述設計，完善問題，提升設計質量。

4.2接觸網懸掛形式選擇

接觸網懸掛形式選擇非常關鍵，懸掛形式關系到接觸網與受電弓之間的運行關系和受力。如果懸掛形式選擇措施代表基本運行方式。當前，接觸網懸掛形式不良，受到影響較大，是造成接觸網硬點的主要原因。因此，根據以上兩點問題，提出接觸網懸掛形式改進、接觸網懸掛形式優化選擇等措施^[2]。

4.2.1解決接觸網硬點問題

相關專家不斷試驗，研究接觸網懸掛方式與硬點的方式。研究發現，接觸網懸掛方式會引發接觸線彈性不均勻問題，從而導致受電弓在運行過程中會出現受力差異，而突然性差異就造成硬點問題。因此，針對此問題，提出安裝彈性吊索裝置，彈性吊索一般設置為16～18cm。利用彈性吊索作為懸掛接觸線，如此一來懸掛點與接觸網正常接觸線形成平衡，有效降低受力異常概率，提升受電弓取流條件，也能夠有效防止懸掛重量過大造成線路松弛度異常的問題。

4.2.2接觸網懸掛形式科學選擇

目前，為提升接觸網懸掛形式的整體防御力，從整體方面優化接觸網懸掛方式，我國鐵道接觸網開始提出新型懸掛方式。如采用全補償簡單懸掛方式就是一種為解決接觸網彈性易變、接觸網硬點問題的主要方式。該懸掛方式與傳統懸掛方式相比，有效提高了受電弓與電網接觸的可靠性，提升接觸懸掛穩定性，接觸懸掛自身能夠抵抗惡劣天氣，使用壽命更長，更符合現代鐵道電氣網絡建設優化措施^[3]。

4.3接觸網優化檢修工作

接觸網優化檢修工作應用非常關鍵，其目的是對接觸網進行維護。但是，如果檢修維護工作出現問題，將會直接影響到鐵道接觸網工作質量。此種情況下，要求我國盡快完善鐵道接觸網檢修工作。而根據檢修工作造成接觸網硬點的主要原因，提出人員培訓、檢修技術優化兩項建議，有效解決檢修工作對鐵道接觸網運行造成的影響^[4]。

1. 檢修部門需要做好檢修工作人員培訓和管理，防止人員不規則操作而造成的故障問題。

（2）接觸網檢修工作需要融合應用新技術。尤其是在智能化技術發展背景下，接觸網也需要建立智能化檢修工作體系，針對接觸網實施智能化檢修，提升檢修精度和效率，減少人員檢修安全問題以及故障問題。例如 ：現代接觸網檢修已經開始建立智能信息化管理系統，該系統可使段生產調度、電力調度及時了解和準確掌握段內各接觸網人工檢修作業點接地地線掛接狀態，能夠更好地進行檢修作業管理，科學組織接觸網檢修，提高天窗作業效率，防止調度誤送電造成的人身傷害和設備損害，做到接觸網人工檢修作業信息化管理。該系統是通過GSM無線發送或其他通信方式發送來的作業地線掛接信息，經過通信口將收集到的信息傳給調度計算機進行信息處理，并給調度人員以聲光提示，使段生產調度、路局電力調度實時收集各檢修作業點，防止相應線路誤送電操作。

（3）接觸網檢修工作開始應用新型設備。部分接觸網檢修相對危險，導致接觸網檢修工作受到影響。因此，針對此問題，要求在現代化技術發展背景下，要求對接觸網進行綜合檢修優化，提升檢修工作效率，優化檢修，提升檢修質量。例如 ：現代接觸網檢修工作開始應用DPT型接觸網檢修作業車，該作業車具有運行速度快，檢修精準，安全等特點，適合在鐵路接觸網中檢修應用，應用新設備，發明新設備，更有利于促進鐵路接觸網檢修發展。

4.4接觸網優化材質

接觸網優化材質也有利于接觸網硬點問題處理。不同材質的應力不同，各項性能有所不同。實際上，為解決接觸網硬點問題，我國鐵道相關部門一直都在致力于接觸網線路研發。長期研究發現，我國接觸網導線材料主要包括鋼芯導線、純銅導線、錫銅導線等材料。而不同的導線具有不同的性能，直接影響到接觸網運行。不同位置導線材料也有所不同。其中定位支撐裝置材質是鋁合金材料、附加導線材質是鋼芯鋁絞線，以上兩種導線材料的融合應用，有利于解決導線故障問題^[5]。

關于鐵路接觸網材質也正在朝規范化方向發展，對于接觸網發展有非常重要的意義。例如：現在部分地區已經總結接觸網材質規范標準，建設接觸網時，根據實際，選擇接觸網材料。例如，接觸線，承力索進行施工，主要采用銅鎂合金、錫銅合金材料，規格包括JTMH-120、JTMH-95、JTMH-70、CTSH-150等。附加導線進行施工，主要采用正饋線、回流線等線路，主要規格包括LBGJF-240、LBGJF-120等材料，根據規格合理選擇材料，確保鐵路接觸網建設合理，更能夠提升接觸網質量。

4.5接觸網線路優化線路質量

接觸網線路質量優化需要從多方面入手，采取針對性措施解決故障問題。

（1）預先清除架線錨段之內的施工障礙，對于特殊地段的支柱和腕臂等要進行加固作業。

（2）放線車組的限界、制動方式以及控制方式等項目都應該與“鐵道技術管理規程”以及其他相關規范、標準中的要求一致^[6]。

（3）接觸網張力優化。接觸網線路張力對于接觸網性能有重要的影響。因此，在進行接觸網施工過程中，需要在安全系數要求下對接觸網導線張力進行控制。例如，研究發現，接觸網傳播速度與接觸網張力有關聯，接觸網張力增加，傳播速度提高。而實際接觸網運行過程中，接觸網可以實現動態接觸，受電弓與接觸線之間形成機械磨耗、接觸單位質量降低。因此，需要針對接觸網張力情況進行綜合分析。而研究發現，接觸網張力與機械磨損和電氣磨損有關、磨損越大，張力越大。因此，針對此種情況下，要求對接觸網進行動態優化，改善磨損問題，提高接觸網安全系數。相關研究顯示，接觸網磨耗率超過25%以上之時，接觸網傳播速度下降，安全系數也降低到2.0。定期對接觸網進行運行維護，確認卸載點，并對接觸網進行更換保養，始終保持良好的張力，促進接觸網發展。

5結語

鐵道接觸網硬點有效改進，有利于保證列車運行安全，減少接觸網損失。希望該文的全面研究能夠對鐵道接觸網硬點故障處理有所幫助。另外，當前我國相關部門也正在展開對銅鎂合金接觸線的研究，也同樣具有良好的效果，已經成為當前我國高速鐵道接觸線的主要材料。

參考文獻

[1]段立章. 電氣化鐵路接觸網電氣故障的原因及對策[J]. 電力設備管理， 2023（5）：207-209.

[2]李振興. 普速鐵路電氣化改造接觸網懸掛技術要點及應用分析[J]. 工程建設與設計， 2023（3）：79-81.

[3]邢金慧. 電氣化鐵路接觸網防融冰技術優化研究[D].成都：西南交通大學 ， 2021.

[4]甘磊. 高速鐵路接觸網腕臂裝置風致振動規律及抗風性能研究[D]. 成都：西南交通大學， 2021.

[5]穆松林. 鐵路接觸網的避雷線高度設計策略[J]. 科技創新導報， 2022， 19（15）：57-59.

[6]張友鵬， 王文豪， 趙珊鵬，等. 基于RBCT算法的復雜背景下鐵路接觸網電力線自動提取研究[J]. 高電壓技術， 2022， 48（6）：2234-2243.