電氣化鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)改造研究

沈希軍

中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308

近年來，我國鐵路部門采取了很多有力的措施，使列車的運行速度得到不斷提高。高速鐵路大多數(shù)都采用電力牽引方式，作為牽引供電系統(tǒng)的主體——接觸網(wǎng)，其性能的優(yōu)劣直接決定著電力機(jī)車受電弓的受流質(zhì)量，最終影響列車的運行速度與安全。當(dāng)列車的速度達(dá)到一定程度時，對于如何保證良好的弓網(wǎng)關(guān)系，減少鉆弓、打弓以及大離線等問題的解決，就變得非常重要了。我國已經(jīng)經(jīng)歷過多次大提速，其中，接觸網(wǎng)改造施工是一個重要的環(huán)節(jié)，下面就接觸網(wǎng)改造技術(shù)提出幾點看法。

1 我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)中存在的問題

1.1 關(guān)于接觸網(wǎng)的高張力問題

世界上第一個采用新型高張力懸掛的是日本國鐵山陽新干線。高張力懸掛的接觸線，承力索于其他的同類懸掛相比，其張力要高一些?；纠碚撝性?jīng)提到，一根兩端加有張力的金屬線，其張力越大，它的剛度也越大。接觸網(wǎng)的懸掛類型根據(jù)有無承力索分為簡單懸掛和鏈型懸掛，鏈型懸掛根據(jù)懸掛承力索數(shù)量分為單鏈懸掛和復(fù)鏈懸掛。單鏈形懸掛較為復(fù)雜一些，除跨距兩段附近的中間部分，在一定程度下也是可以看作是一條兩端懸掛點具有張力的金屬鏈，它的張力越大，剛度也就隨之加強(qiáng)。在受電弓抬升力作用下，高張力懸掛的振幅并不是很大，這就使得高張力懸掛的受流保持在一個良好的狀態(tài)。這條鐵路線的運營表明，在電力機(jī)車高速運營時，運用高張力懸掛技術(shù)的鐵路接觸網(wǎng)振動很小，也很穩(wěn)定，抬升量也比其他的鐵路干線要小一些。即使受到強(qiáng)風(fēng)干擾，它的偏移程度也不是很大。

1.2 關(guān)于接觸網(wǎng)的預(yù)弛度問題

電力機(jī)車受電弓受流性能受接觸網(wǎng)預(yù)弛度的影響非常嚴(yán)重，有國家曾經(jīng)進(jìn)行過一個預(yù)弛度單鏈型懸掛的電力機(jī)車高速運行實驗，實驗結(jié)果表明，預(yù)弛度單鏈型懸掛相比于普通的單鏈形懸掛，機(jī)車高速運行，就接觸線的抬升度而言，預(yù)弛度單鏈型懸掛要比普通型的單鏈形懸掛要小得多。在一定的跨度內(nèi)，預(yù)弛度單鏈型懸掛的抬升量也比較均勻，支柱支持點和跨距中央抬升量相差很小。也有實驗表明，在設(shè)立預(yù)設(shè)度的情況下，接觸線的張力會適量地增大，所以，在機(jī)車高速單弓運行的情況下，接觸網(wǎng)的受流狀況仍然可以保持良好。其實我國電氣化鐵路目前大范圍使用的普通單鏈型懸掛與預(yù)弛度單鏈型懸掛原理基本相同。

1.3 接觸網(wǎng)零部件分流嚴(yán)重

在接觸網(wǎng)中，電氣連接部件越多、導(dǎo)電性能越好，接觸網(wǎng)零部件的分流就會越小。但是，就算電氣連接部件數(shù)量再多、導(dǎo)電性能再好，也不可能把其他零部件的分流減為零。接觸網(wǎng)零部件分流是必然的，因此，不能將接觸網(wǎng)零部件的分流問題都?xì)w到電氣連接不良方面。在進(jìn)行接觸網(wǎng)供電的日常檢修過程中，就算周圍電氣的連接性能比較好，也發(fā)現(xiàn)許多吊弦會變得烏黑。這些吊弦本身并不會受到銹蝕，但在對導(dǎo)高進(jìn)行調(diào)整的過程中，夾在接觸線吊弦線夾內(nèi)的線索回頭彎曲處常常被折斷，而線索與接觸線吊弦線夾內(nèi)掛口相接觸的彎曲面上面會有一部分出現(xiàn)星紅褐色，并且在上面會有窩狀麻點出現(xiàn)，而且，特別是在大坡道區(qū)段這種現(xiàn)象尤為明顯。而這種現(xiàn)象就是吊弦分流所引起的。

2 解決上述問題的辦法

2.1 適當(dāng)提高張力

如今，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)已開始逐漸采用雙鏈型懸掛以及多鏈型結(jié)構(gòu)，張力自助調(diào)整裝置已經(jīng)安裝到包括輔助索在內(nèi)的各個承力索導(dǎo)線中，這樣就可以保證承力索的張力穩(wěn)定。同時，溫度也是影響張力的一大因素，對于這個問題可以采用一般的滑輪組式墜砣補(bǔ)償裝置解決，也可以采用其他，如彈簧式補(bǔ)償裝置以及隨溫度變化的液壓張力裝置等方式解決。張力的變化會極大地影響到線索弛度，尤其是當(dāng)列車高速運行時，張力變化對于受電弓取流的影響是很不好的。如何將振動減小到極限是現(xiàn)如今在電氣化鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)中急需解決的問題之一。雖然接觸懸掛的穩(wěn)定性可以通過增加張力提高，但一旦張力過大就會出現(xiàn)問題，第一是成本較高，不劃算。第二是受電弓會因為過低的頻率振動而離線，得不償失。因此，張力的提高需要注意以下幾個問題：第一，承重索的數(shù)量以及接觸線的截面積最好不要讓它發(fā)生改變。第二，錨柱處的支柱、支持結(jié)構(gòu)和器材強(qiáng)度都不要調(diào)整，尤其是位于曲線段位的定位器。第三，支持結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不要調(diào)整。通過國外以往的實踐經(jīng)驗來看，張力的增加不需要太高，因為我國現(xiàn)有的承力索和接觸線張力的安全系數(shù)都比外國的安全系數(shù)要高，所以也沒有必要去更換既有設(shè)備。

2.2 增加預(yù)弛度單鏈型懸掛，注重吊弦問題

預(yù)弛度單鏈型有兩個比較突出的特點，第一，在接觸網(wǎng)開始安裝架設(shè)時，可以有一定目的性的調(diào)整吊弦長短來讓各個跨度內(nèi)的接觸線呈現(xiàn)出一定的弛垂形狀，讓其在中央有一定的弛度，但必須按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，而普通的單鏈讓各個跨度內(nèi)的接觸線保持平直即可[1]。第二則是預(yù)弛度單鏈型懸掛的張力比起普通的單鏈形懸掛要大一些，但也不會高出太多，因為如果張力過大，其經(jīng)濟(jì)性反而就會下降。但也正是因為張力的增加程度不大，如果要將普通的單鏈形懸掛改為預(yù)弛度單鏈型懸掛，很多的相關(guān)設(shè)備例如支撐物、構(gòu)件、器材以及基礎(chǔ)強(qiáng)度都不需要進(jìn)行改造和加強(qiáng)就能擔(dān)負(fù)起因為張力而產(chǎn)生的應(yīng)力[2]。至于普通的單鏈形懸掛，由于在受電弓抬升力的作用下一個跨度內(nèi)的受力并不平衡，很容易就會出現(xiàn)問題。過去經(jīng)常使用在支柱處裝設(shè)彈性吊弦的方法來解決這個問題，這個方法的原理其實就是增大了支柱的懸掛抬升量，使得整個跨度受力均勻，抬升量才會平衡，而當(dāng)抬升量平衡之后，電動機(jī)車行駛時，受電弓滑板在接觸線下就不會有什么振動，這時滑板的行駛軌跡就是一條直線，那么接觸懸掛的震動自然而然也就小了[3]。

我國以前受前蘇聯(lián)的影響，總是將接觸線設(shè)計成水平狀態(tài)。但隨著科技的不斷快速發(fā)展，前蘇聯(lián)后來在電氣化列車接觸線的研究中加入了預(yù)弛度這一項，但我國卻并沒有這樣做。接觸線若呈水平狀，受電弓容易受到?jīng)_擊，使受流條件受到影響。因此，可以在建設(shè)接觸網(wǎng)前，預(yù)先設(shè)置一個弧度，使其能夠抵消受電弓的抬升量。那么預(yù)弧度究竟應(yīng)該設(shè)置成多少呢？從理論上來說，應(yīng)該是跨中的最大抬升量，但如果具體實踐的話，可以吸取一下外國的經(jīng)驗教訓(xùn)，并將其擇優(yōu)應(yīng)用到我國的設(shè)計中來。另外，有國外的研究表明，架設(shè)吊弦的重要性甚至要重于彈性的分布，所以最好方式就是采用簡單鏈形懸掛。

2.3 在接觸網(wǎng)上安裝串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置

在接觸網(wǎng)上安裝串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置可以使?fàn)恳W(wǎng)的電壓水平得到提高，從而可以使?fàn)恳W(wǎng)的供電質(zhì)量得到保障，與此同時，還能使運輸組織得到優(yōu)化。為減小牽引電流，還要避免大坡道區(qū)段多臺重載列車在同一供電臂上運行的情況出現(xiàn)，只有這樣，才能盡可能地減少接觸網(wǎng)零部件的分流，提高接觸網(wǎng)的工作效率和工作質(zhì)量[4]。

3 結(jié)語

張力的提高需要適度，在減小接觸線振動的同時，也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。設(shè)置預(yù)弧度對于電氣化列車的行駛也大有益處，注重接觸線彈性的分布，解決了這些問題，相信我國的電氣化鐵路接觸網(wǎng)建設(shè)技術(shù)會更上一個臺階，同時還能推動鐵路運輸技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長。