電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生因素及改進(jìn)措施

摘 要：由于電力機(jī)車具有高效、快捷等的優(yōu)勢而在運(yùn)輸市場中具備較強(qiáng)的競爭實(shí)力，其應(yīng)用范圍也在日益擴(kuò)大。隨著電力機(jī)車運(yùn)行速度的不斷提升，對弓網(wǎng)系統(tǒng)的要求也更加嚴(yán)格，因弓網(wǎng)系統(tǒng)在很大程度上限制了國內(nèi)電力機(jī)車的發(fā)展而備受關(guān)注。提高電氣化鐵路電氣化鐵路接觸網(wǎng)的整體質(zhì)量，為弓網(wǎng)創(chuàng)建優(yōu)越的環(huán)境對于電力機(jī)車的安全高速運(yùn)行至關(guān)重要。文章在對電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的因素及其危害進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了減少硬點(diǎn)產(chǎn)生的建議，主要從電氣化鐵路接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、提升施工質(zhì)量及檢修效率等一些重要方面對電氣化鐵路接觸網(wǎng)的改進(jìn)提出相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；接觸網(wǎng)；硬點(diǎn)；電力機(jī)車；措施

1 電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)

在電氣化鐵路中，電氣化鐵路接觸網(wǎng)是用于受弓穩(wěn)定取流的一種特殊的高壓供電線，其任務(wù)主要是對電力機(jī)車進(jìn)行持續(xù)供電。在電力機(jī)車行駛過程中，受弓與接觸導(dǎo)線間產(chǎn)生滑動摩擦，只有在弓網(wǎng)間保持穩(wěn)定的接觸壓力，才能夠正常取流。因?yàn)榻佑|懸架并非鋼性固定，而是具有一定的彈性。因此，電氣化鐵路接觸網(wǎng)與受弓間的接觸壓力也處于動態(tài)變化中，當(dāng)這種非線性變化達(dá)到一定程度時就稱為硬點(diǎn)。硬點(diǎn)來源于結(jié)構(gòu)上的固有缺陷，同時具有相對性。機(jī)車運(yùn)行速度越高，表現(xiàn)越是突出。當(dāng)前對硬點(diǎn)的檢測一般采用將加速度或壓力類傳感器安裝到受弓上測得，對電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的評價是關(guān)系到電氣化鐵路提速的關(guān)鍵因素。

2 硬點(diǎn)產(chǎn)生的危害

電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的不良影響主要為：使處于高速運(yùn)行狀態(tài)的電力機(jī)車不能取得穩(wěn)定的電能，受弓發(fā)生異常的升高或降低，加速了弓網(wǎng)間的機(jī)械磨損，甚至使受弓遭到破壞，同時在發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的拉弧容易燒傷接觸導(dǎo)線及受弓。總的來說，硬點(diǎn)帶來的危害分為物理、化學(xué)傷害兩個方面。

2.1 物理危害

從物理角度來說，硬點(diǎn)的產(chǎn)生導(dǎo)致接觸導(dǎo)線及受弓的擦傷、碰傷及變形，在機(jī)車長期運(yùn)行中，損傷后的受弓容易造成電氣化鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷開而不能持續(xù)供電，從而使機(jī)車無法正常行駛。

2.2 化學(xué)危害

硬點(diǎn)對弓網(wǎng)帶來的化學(xué)傷害通常是指弓網(wǎng)在離線時出現(xiàn)的高溫電弧帶來的受弓及電氣化鐵路接觸網(wǎng)的燒熔、灼傷等，持續(xù)時間過久，則會使電氣化鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷開，導(dǎo)致事故范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。弓網(wǎng)離線發(fā)生的主要因素便是硬點(diǎn)的產(chǎn)生，離線會產(chǎn)生較大的電弧，給牽引電機(jī)、受弓、電氣化鐵路接觸網(wǎng)及整個供電系統(tǒng)帶來危害。因?yàn)殡姎饣F路接觸網(wǎng)導(dǎo)線上存在有硬點(diǎn)，所檢測到的加速度參數(shù)較小時會導(dǎo)致電氣化鐵路接觸網(wǎng)與受弓間不能良好接觸，該參數(shù)較大時則引起離線，此時產(chǎn)生的電弧達(dá)到某種程度就會對弓網(wǎng)產(chǎn)生破壞。表現(xiàn)在受弓上主要是弓頭發(fā)生汽化、點(diǎn)蝕失效，表現(xiàn)在接觸導(dǎo)線上則可能發(fā)生點(diǎn)蝕、汽化甚至高溫退火。此外，所產(chǎn)生的高溫電弧會給周圍環(huán)境帶來強(qiáng)烈的電磁波而干擾正常通信。

3 硬點(diǎn)檢測

電力機(jī)車在運(yùn)行過程中應(yīng)該實(shí)時完成各項(xiàng)重要參數(shù)的檢測以提早找出隱患所在，確保接觸懸掛時刻工作在正常狀態(tài)，這樣方能保證弓網(wǎng)間的穩(wěn)定接觸和可靠取流。硬點(diǎn)的檢測主要有基于加速度傳感器的檢測、基于壓力傳感器的檢測兩種方式，前者在我國應(yīng)用較為廣泛。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，采用領(lǐng)先技術(shù)制造的檢測車按照機(jī)車車速運(yùn)行進(jìn)行硬點(diǎn)檢測，并將測得數(shù)據(jù)傳送至電腦經(jīng)數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)果。對電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)進(jìn)行檢測與電力機(jī)車的安全運(yùn)行和速度提升關(guān)系密切，所以確保弓網(wǎng)穩(wěn)定接觸對于整個系統(tǒng)來說都是有益的。

4 硬點(diǎn)形成因素

4.1 施工因素

4.1.1 進(jìn)行現(xiàn)場施工時，接觸導(dǎo)線的架設(shè)過程通常按照小張力放線方法完成。因?yàn)槿鄙僦匾膹埩?shù)標(biāo)準(zhǔn)這一理論指導(dǎo)，使得穩(wěn)定性降低，架設(shè)接觸導(dǎo)線后形成的張力分布更為不均，尤其是進(jìn)行起錨、拋錨時要再次緊線、松線，導(dǎo)致張力不均勻性加劇，更容易造成接觸線受外力影響發(fā)生扭曲等變形，從而形成硬點(diǎn)。

4.1.2 在架設(shè)好接觸導(dǎo)線和承力索之后，因各種因素未能及時將固定裝置安裝到兩者間進(jìn)行定位。再者，通常使用的臨時吊線并未按照統(tǒng)一的制作及安裝標(biāo)準(zhǔn)，使得現(xiàn)場施工時選用的臨時吊線在長度上有很大差別，對于長度較短的情況，其懸吊點(diǎn)會由于長期承受較重載荷而形成硬點(diǎn)。

4.1.3 現(xiàn)場施工過程中對電氣化鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線進(jìn)行踩踏、用力拉扯等隨意性較大的作業(yè)，這種不規(guī)范性會導(dǎo)致線面未能平直放置，因硬彎硬扭而形成硬點(diǎn)。

4.2 設(shè)計因素

在設(shè)計過程中，因定位器、分線接頭、分段接頭、電連接等處載荷較為集中，導(dǎo)致電氣化鐵路接觸網(wǎng)的彈性減小而形成硬點(diǎn)。電氣化鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線在不少位置存在較大坡度且變化程度明顯，容易形成沖擊硬點(diǎn)。

4.3 材質(zhì)因素

由于接觸導(dǎo)線在生產(chǎn)制造時，選用的金屬材料材質(zhì)不同，金相組織并未均勻分布，使接觸線不同位置處剛度及平順性變化明顯。當(dāng)承受一定的張力后，極易遭受沖擊，使得受弓與電氣化鐵路接觸網(wǎng)間的接觸壓力瞬時出現(xiàn)明顯變化，從而產(chǎn)生硬點(diǎn)。

4.4 線路因素

線路問題同樣是造成弓網(wǎng)間接觸壓力發(fā)生突變的重要因素，尤其對于高速運(yùn)行的機(jī)車，線路質(zhì)量的影響更大。比如道床振動的固有周期及彈性因子等。此外，部分工務(wù)部門與供電部門溝通不暢，擅自進(jìn)行的各種作業(yè)，導(dǎo)致軌面、側(cè)面限界等超出許用范圍，引起電氣化鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線拉出及高度超出規(guī)定值而形成硬點(diǎn)。

4.5 檢修因素

供電部門進(jìn)行電氣化鐵路接觸網(wǎng)重要零部件的制造安裝時，因工具選擇錯誤、安裝布置不精細(xì)或省略部分制作工藝等而使新生產(chǎn)的導(dǎo)線及分相接頭底部出現(xiàn)偏斜而形成硬點(diǎn)。在日常簡單的維修工作中，檢修工作者未能嚴(yán)格要求自己，督導(dǎo)工作不到位，致使檢修之后的線面不平整、高度不平順，或重要參數(shù)未調(diào)整至正確位置，這也是造成電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生的因素。

4.6 受弓結(jié)構(gòu)特性

電氣化鐵路部門的機(jī)車受弓的固定方式是通過三角支架固定到車頂?shù)模q鏈連接處的鋼性大，彈性較差，是硬點(diǎn)形成的因素。在機(jī)車頻繁啟動升降弓處、進(jìn)出庫檢修機(jī)車等處，因司機(jī)未正確操作、受弓在接觸處的壓力不能達(dá)到要求等都會導(dǎo)致硬點(diǎn)的產(chǎn)生。除以上因素及機(jī)車運(yùn)行速度、加速度之外，線路路基，尤其是隧道口、軌道連接處、橋頭等處容易導(dǎo)致電力機(jī)車晃動而產(chǎn)生間接硬點(diǎn)。

5 減少硬點(diǎn)的建議

根據(jù)當(dāng)前我國電氣化鐵路采用的弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場運(yùn)行情況來看，完全消除硬點(diǎn)基本是不可能實(shí)現(xiàn)的，只有盡量減少電氣化鐵路接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的產(chǎn)生，以下是進(jìn)行硬點(diǎn)防范及整治的幾項(xiàng)建議。

5.1 優(yōu)化電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計

進(jìn)行電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計時，考慮到結(jié)構(gòu)上的特殊性，要綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料使用及現(xiàn)場環(huán)境等多個方面進(jìn)行合理優(yōu)化，選用結(jié)構(gòu)最具穩(wěn)定性、材料輕型化的方案，在最大程度上避免集中載荷的出現(xiàn)，盡量降低電氣化鐵路接觸網(wǎng)剛度，從而在根本上減少因電氣化鐵路接觸網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)而產(chǎn)生的硬點(diǎn)。

5.2 提高施工質(zhì)量

在進(jìn)行電氣化鐵路接觸網(wǎng)施工時，要嚴(yán)格依照設(shè)計的工藝流程及技術(shù)要求逐項(xiàng)規(guī)范施工，盡可能將接觸導(dǎo)線放置平直，防止硬彎硬扭。同時，要盡可能少用器件式分段及分相，而用錨段關(guān)節(jié)式電分段及電分相。架設(shè)接觸導(dǎo)線時，運(yùn)用高科技電子監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行恒張力放線，及時將吊線安裝到導(dǎo)線上以使導(dǎo)線平順。禁止操作人員踐踏或者破壞導(dǎo)線，從而減小硬點(diǎn)的形成。

5.3 確保維護(hù)、檢修質(zhì)量

受電后的電氣化鐵路接觸網(wǎng)由供電部門接管，主要任務(wù)就是進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)及檢修。因此，供電部門必須按相關(guān)的技術(shù)資料對各項(xiàng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行定期、可靠、標(biāo)準(zhǔn)的保養(yǎng)及維修。

6 結(jié)束語

電氣化鐵路近年來發(fā)展迅速，對電氣化鐵路接觸網(wǎng)的要求更加嚴(yán)格。接觸導(dǎo)線上硬點(diǎn)的成因非常復(fù)雜，對整個鐵路系統(tǒng)的安全有極大的危害，必須在各個環(huán)節(jié)上盡量減少硬點(diǎn)的產(chǎn)生。優(yōu)化電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計、選擇輕型材料、嚴(yán)格按照生產(chǎn)及施工工藝完成每個環(huán)節(jié)及確保安裝質(zhì)量都不可忽視，在后期的運(yùn)行維護(hù)過程中還要提高維修工作者的綜合素質(zhì)，如此才可以盡量減少硬點(diǎn)的產(chǎn)生，為機(jī)車提供良好的運(yùn)行環(huán)境。

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作者簡介：郭永良（1979，8-），男，河南鄭州人，本科，工程師，研究方向：鐵路電氣化。