鐵道電氣化接觸網硬點原因和改進方法探究

付波

摘要：近年來，我國在鐵路以及城市軌道交通建設方面的發(fā)展迅速，鐵路軌道的最優(yōu)牽引方式為電力牽引。在對線路進行設置的過程中，鐵路安全的關鍵是弓網受流關系，而線路的接觸網由于造價高無法備用，如果發(fā)生故障將會導致大面積的壓車和列車晚點。文章分析了接觸網硬點可能帶來的危害以及接觸網硬點產生的原因，并提出了改進辦法。

關鍵詞：接觸網；硬點原因；鐵道電氣化；改進方法；鐵路軌道；電力牽引 文獻標識碼：A

中圖分類號：U225 文章編號：1009-2374（2016）30-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.013

接觸網是電氣化鐵道的重要組成部分。近幾年來，我國在鐵路以及城市軌道交通建設方面的發(fā)展迅速，列車運行速度也在不斷提高，因此這就對接觸網提出了更高的要求。尤其是當今計算機技術的廣泛應用，提高了電力機車的負載能力以及牽引供電裝置的性能。能耗低、速度快、效率高的電力牽引技術已經慢慢發(fā)展成為了全球鐵道發(fā)展的方向，成為了鐵道現(xiàn)代化的標志。

電氣化鐵路是指通過電力機車作為牽引動力的鐵路，電氣化鐵路的核心部分就是在沿鐵路上空所架設的特殊輸電線路，其確保了電力機車在鐵道上的高速運行。在電力機車處于高速運行的過程中，供電過程是利用接觸網通過電力機車的受電弓來連續(xù)地對其進行供電。接觸網應該保持與電力機車的受電弓接觸，在理想狀況下，它們相互之間的接觸壓力應該為一個恒定的值，電力機車的受電弓沿接觸線行進，從而獲得穩(wěn)定的電壓。然而，由于線路設計的缺陷以及施工方法和平時的檢修不到位等因素而造成接觸網硬點會嚴重地影響電力機車穩(wěn)定地運行，易導致機車受電弓和接觸網導線的損傷。將接觸網硬點的危害降到最低，確保接觸網和受電弓之間的正常接觸及導通，是提高電氣化鐵路安全穩(wěn)定的前提。

1 研究接觸網硬點的意義

在電力機車的運行過程中，電力機車是依靠機車頂部的受電弓和沿鐵道線上空所架設的接觸網相接觸來獲得電能的。為了保證機車獲取電能的可靠性，需要保持受電弓大約70N的抬升力。但是鐵道沿線的接觸網不是完全剛性的固定，因此接觸網與受電弓之間的接觸壓力不是固定的，而是變化的，并且該變化還是非線性的變化。接觸網的硬點就是導致接觸網與受電弓接觸壓力發(fā)生突變的地方。現(xiàn)今，對接觸網硬點檢測方法主要是利用接觸網檢測車來進行檢測，此外還可以在機車行進過程中，通過人工觀察來檢測。接觸網硬點是由于接觸網導線的彈性不均勻引起的，是不可避免的，而且由于硬點所造成的危害很大程度上與機車運行速度有關，電力機車的行進速度越快，接觸網硬點就表現(xiàn)得越顯著，因此在評價電氣化鐵道接觸網的質量好壞上，接觸網硬點是一個很重要的標準。

2 接觸網硬點的危害

接觸網硬點具有很嚴重的危害，在電力機車高速行進的過程中，接觸網硬點會導致受電弓出現(xiàn)升高以及降低的問題，使得接觸網與受電弓之間的正常接觸受到影響，阻礙了機車的取流，引起了受電弓滑板與接觸網導線之間的不正常磨損，在情況嚴重時會撞損受電弓，此外，在撞擊過程中產生的高壓電弧也會使得接觸線和受電弓燒毀。因此對于接觸網硬點的危害可分為兩種：第一種是機械損傷；第二種是電弧傷害。

2.1 接觸網硬點造成的機械損傷

物理傷害是從損傷的外形而言的。在機車高速行進的過程中，接觸網硬點會導致接觸網導線以及機車的受電弓發(fā)生刮傷、撞傷以及變形等損傷。而當受電弓產生變形后，其又會導致接觸網導線被刮斷，進而引起供電中斷，使得列車的正常運行受到影響。

2.2 接觸網硬點造成的電弧傷害

化學傷害是從損傷的性質來說的。由于接觸網硬點的存在，在機車高速行進過程中產生的高壓電弧對接觸網以及機車的受電弓造成燒損、退火以及導線燒熔等損傷，情況嚴重時可能會導致接觸網導線被燒斷，而造成嚴重的事故。接觸網硬點還會造成高速行進的機車上方的受電弓產生間斷式的接觸，這種情況稱之為“離線”。“離線”產生的電弧相當大，它會引起電力機車的取流發(fā)生瞬變，形成過電壓與電磁諧波，而且還會導致接觸網以及受電弓燒損，這會導致設備受損，嚴重影響供電系統(tǒng)與電力機車的性能。

3 形成接觸網硬點的主要原因

3.1 結構原因

3.1.1 接觸網的電連接線（特別是在供電線上網處以及隔離開關處）及其導線夾頭，由于垂直負載比較大，可能會在此處形成較大的垂直硬點，此外在吊弦與接觸線中心錨結線夾處也會因此而出現(xiàn)垂直硬點。當集中載荷過大且還受到其他因素的影響時，該線路的某些地方容易出現(xiàn)弛度，從而導致在原來的垂直方向和水平方向上都出現(xiàn)沖擊硬點。

3.1.2 在接觸網中，分段絕緣器是載荷比較集中的地方，并且負載還比較大，而分段絕緣器是剛性部件，在其與柔性的接觸線相連接的過程中，肯定會出現(xiàn)剛柔過渡的地方，在該處就容易形成較大的沖擊，導致出現(xiàn)水平以及垂直方向上的加速度，在此處就形成接觸網硬點。當電力機車以較高的速度運行時，對受電弓的沖擊將會非常大，而這將會導致電力機車受電弓損毀，最終導致受電弓與接觸網的斷線。

3.1.3 在兩接觸線的交叉處或者轉換處，例如錨段關節(jié)以及交叉式線岔處，由于一小范圍內的接觸線質量比較集中，機車受電弓在高速通過時，會產生瞬間的集中載荷，并且在垂直方向上容易出現(xiàn)垂直加速度（由于硬點的存在），機車的行進速度越快，垂直加速度就會表現(xiàn)得越明顯。

3.1.4 在接觸網的定位裝置處，由于定位器與定位線夾頭等具有比較大的集中負載，而出現(xiàn)接觸網硬點，很可能會造成垂直方向上的沖擊。

3.2 施工原因

3.2.1 在對接觸網導線進行施工時，由于在放線過程中沒有根據相應的施工工藝來進行，造成導線的損傷而形成的無意識的硬點，此外，在導線的運輸過程中，由于一些磕磕碰碰也會對導線本身造成一定的損傷，因此也會引起接觸網硬點。

3.2.2 在對接觸網正線的限位定位器進行施工安裝調整時，由于限位間隙的調整不到位，造成間隙值比較小，當機車的行進速度比較高時，機車上方的受電弓的抬升量較大，因此抬高了限位定位器，然而限位間隙又比較小，限位定位器的尾部會釘上定位釘。由于限位定位器的抬升量不足不能達到要求，進而形成接觸網硬點。

3.2.3 在對接觸網進行架線時，如果線路的張力不夠、不為設定值以及不按照正規(guī)的施工規(guī)程來進行架線，將很容易導致接觸線產生彎曲以及扭面。此外，在進行調整作業(yè)時，由于施工人員的不注意，直接踩踏接觸線，引起導線的彎曲變形，在機車高速通過時，彎曲變形的導線在接觸壓力的作用下很可能引起線夾的偏斜，由此就會出現(xiàn)水平的或垂直方向上的硬點。

3.3 材料原因

通常情況下，接觸線的內部材質務必要做到顆粒大小規(guī)整、均勻分布，并且導線的線材剛度也需要盡可能均勻。然而由于生產廠家的不同，會導致整個接觸網的接觸線材質不同，造成線路剛度分布不均，在長時間的磨損下就會出現(xiàn)接觸網硬點。此外，在對接觸網導線進行加工制造的過程中，還可能由于導線的金屬材料不合格或者加工制造工藝的不合理等因素而造成接觸網硬點。

4 對接觸網硬點的改進方法

4.1 對接觸網的結構改進

由于接觸網的結構是比較獨特的，為了防范接觸網硬點的出現(xiàn)需要從接觸網結構形式、設計方案、材料運用以及所處環(huán)境等方面入手，進行優(yōu)化與改進，設計出一種不僅能使得接觸網結構的穩(wěn)定性得到保證，而且能盡可能使得選擇合適的材料，保證零部件的輕型化，以使得集中負載降低，保證接觸網的彈性，從結構上來減少鐵道電氣化的接觸懸掛結構由于自身原因而導致的硬點。

4.2 對接觸網施工的改進

在對接觸網進行施工的過程中，因機械化程度比較低，很可能會產生接觸網硬點，并且在開挖支柱基坑、架設支柱、安裝設備以及放線等施工過程中，如果其中有一道工序出現(xiàn)問題，導致施工質量不達標，就會出現(xiàn)連鎖反應。當偏差出現(xiàn)后，如果反復不斷對其進行調整，又會導致導線底平面受到損傷，所以在對接觸網進行施工的過程中：第一，一定要嚴格按照施工的工藝流程以及技術標準來進行標準化的施工，盡可能地保證導線安放得平緩且平直，防止出現(xiàn)扭曲變形；第二，要盡可能地減少器件式分段與分相的使用，而要采用錨段關節(jié)式的電分段和電分相。另外，接觸網在進行架設過程中，應該采用先進的計算機技術，利用電腦監(jiān)控檢測來保證張力的恒定，應當多安裝吊線在導線上，維持導線的平衡，同時一定要禁止工作人員對導線進行踩踏，引起導線的損傷，以此來盡力避免接觸網硬點的產生。

4.3 對導線的選擇

在選購導線時，應該盡可能選擇同一個生產廠家同一種制造工藝生產的導線，還要對其性能進行評測，保證導線的線材剛度盡可能的均勻，并且導線的內部材質一定要做到顆粒細小規(guī)整且均勻分布。

5 結語

近年來，我國在鐵路以及城市軌道交通建設方面的發(fā)展迅速，對鐵道電氣化接觸網的要求也越來越高，減少接觸網硬點的產生已經成為一種具有重要研究意義的課題。本文從接觸網的結構、接觸網施工以及接觸網導線的選擇方面來進行改進，減少接觸網硬點的產生，以滿足新形勢下電氣化鐵道以及城市軌道交通建設的要求。

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