鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測(cè)精修技術(shù)方案研究

劉長(zhǎng)利

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安710043）

目前我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)已形成具有自主特色的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)體系，在雙弓受流性能、載流供電能力、防災(zāi)抗災(zāi)及智能監(jiān)測(cè)檢測(cè)等方面與國(guó)外技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢(shì)。在接觸網(wǎng)檢修領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)專家和學(xué)者的研究主要集中在接觸網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)體系、維修策略及模式等方面，如：文獻(xiàn)［1-4］提出了鐵路供電修程修制改革思路，及高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則的總體框架和創(chuàng)新點(diǎn)；文獻(xiàn)［5］對(duì)京津城際接觸網(wǎng)進(jìn)行了可靠性分析，開(kāi)發(fā)了維修管理系統(tǒng)；文獻(xiàn)［6］對(duì)現(xiàn)有的周期修與狀態(tài)修相結(jié)合的高鐵接觸網(wǎng)檢修模式提出了改善建議，并應(yīng)用于京廣高鐵武漢供電段；文獻(xiàn)［7］就大西高鐵侯馬北供電段應(yīng)用高鐵接觸網(wǎng)檢修模式進(jìn)行了分析和研究，提出了優(yōu)化維修模式、運(yùn)用信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)、構(gòu)建二級(jí)修（綜合修）維修體系等。目前接觸網(wǎng)維修的前沿研究是以可靠性為中心的維修（RCM）或主動(dòng)維修策略，由于接觸網(wǎng)RAMS評(píng)估或可靠性分析尚處于探索階段，因此該維修策略近期暫時(shí)無(wú)法得到實(shí)施。

鄭西高鐵于2010年2月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，是我國(guó)首批350 km/h高鐵建設(shè)項(xiàng)目，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)至今已近十年，由于接觸網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、供電負(fù)荷大，零部件振動(dòng)疲勞問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，接觸網(wǎng)服役狀態(tài)發(fā)生變化，根據(jù)TG/GD 124-2015《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)則》規(guī)定，接觸網(wǎng)運(yùn)行7年或弓架次達(dá)到50萬(wàn)次以上時(shí)應(yīng)開(kāi)展精測(cè)精修工作［8］。目前接觸網(wǎng)精測(cè)精修在行業(yè)內(nèi)尚處于起步階段，該技術(shù)政策的實(shí)施需要探索和實(shí)踐。在鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測(cè)精修技術(shù)方案研究中，考慮對(duì)精測(cè)精修的技術(shù)特性進(jìn)行分析，從而制定針對(duì)性的設(shè)計(jì)原則、精測(cè)精修范圍、項(xiàng)目和內(nèi)容，并依據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果制定精修方案。

1 精測(cè)精修的技術(shù)特性

1.1 精測(cè)精修的技術(shù)要求

精測(cè)精修為接觸網(wǎng)修程修制中的三級(jí)修，是指通過(guò)檢測(cè)動(dòng)態(tài)條件下的弓網(wǎng)作用參數(shù)，測(cè)量靜態(tài)條件下的接觸網(wǎng)幾何位置，檢驗(yàn)零部件質(zhì)量狀態(tài)，依據(jù)檢測(cè)、檢驗(yàn)分析結(jié)果，全面調(diào)整接觸網(wǎng)靜態(tài)幾何參數(shù)、更換失效或接近預(yù)期壽命的零部件和設(shè)備、更換局部磨耗接近限值的接觸導(dǎo)線，恢復(fù)接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)［9］。接觸網(wǎng)精測(cè)精修應(yīng)遵循專業(yè)化、機(jī)械化、集約化等維修方式，依靠鐵路供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（6C系統(tǒng)）手段，采取集中修的組織模式。

1.2 精測(cè)精修的技術(shù)特性

精測(cè)精修具有獨(dú)立性，應(yīng)與一、二級(jí)修區(qū)別對(duì)待。接觸網(wǎng)零部件或設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到或超出限界值的一級(jí)缺陷納入一級(jí)修，達(dá)到或超出警示值且在限界值以內(nèi)的二級(jí)缺陷納入二級(jí)修。精測(cè)精修不屬于缺陷整治工作，精測(cè)精修工作分精測(cè)、精修兩個(gè)階段完成，其中精測(cè)分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)和質(zhì)量檢驗(yàn)等3個(gè)子項(xiàng)目，精修分為精調(diào)、更換（臨近預(yù)期壽命的零部件或設(shè)備）2個(gè)子項(xiàng)目，這5個(gè)子項(xiàng)目均獨(dú)立于一、二級(jí)修工作。其中，精調(diào)工作的目標(biāo)是：當(dāng)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)超出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（或施工允許偏差值）且在警示值以內(nèi)，運(yùn)行狀態(tài)不良且大面積發(fā)生，應(yīng)進(jìn)行精調(diào)工作，調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（施工允許偏差以內(nèi)）。接觸網(wǎng)精測(cè)精修的精調(diào)工作范圍界定如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)精測(cè)精修的精調(diào)工作范圍

精測(cè)精修具有計(jì)劃性。各鐵路局負(fù)責(zé)編制精測(cè)精修計(jì)劃，組織審批設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，組織實(shí)施和竣工驗(yàn)收。根據(jù)各級(jí)修程的職責(zé)分工情況，一級(jí)修具有臨時(shí)性和急迫性，由運(yùn)行工區(qū)即時(shí)組織實(shí)施，二級(jí)修具有計(jì)劃性，由維修工區(qū)有計(jì)劃地組織實(shí)施，精測(cè)精修與一、二級(jí)修的時(shí)空關(guān)系可以理解為：當(dāng)精測(cè)精修與一、二級(jí)修的維修地點(diǎn)、維修目標(biāo)不同時(shí)，可以考慮同時(shí)實(shí)施；當(dāng)維修的地點(diǎn)、目標(biāo)相同時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證一級(jí)修工作的開(kāi)展；鑒于精測(cè)精修與二級(jí)修均具有計(jì)劃性，兩者可以統(tǒng)籌實(shí)施。

精測(cè)精修具有全面性和系統(tǒng)性。精測(cè)精修包括精確檢測(cè)、零部件檢驗(yàn)、分析診斷與設(shè)計(jì)、精確修理、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。精測(cè)工作需對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)容全面的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，零部件、設(shè)備根據(jù)預(yù)期壽命或日常檢查中發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量隱患、無(wú)法確認(rèn)其能否在預(yù)期壽命周期內(nèi)安全運(yùn)行時(shí)進(jìn)行抽樣送檢；精調(diào)是精修工作的重要內(nèi)容，應(yīng)逐跨、整錨段進(jìn)行，以使接觸懸掛恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。精測(cè)數(shù)據(jù)的分析診斷分為接觸網(wǎng)檢測(cè)分析、零部件運(yùn)行狀態(tài)分析兩項(xiàng)內(nèi)容，綜合考慮接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、日常維護(hù)情況、線路運(yùn)行條件、接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及零部件工況等多項(xiàng)因素進(jìn)行分析。

2 精測(cè)精修方案的設(shè)計(jì)原則

接觸網(wǎng)精測(cè)精修的策劃、設(shè)計(jì)及實(shí)施均處于高鐵運(yùn)營(yíng)階段，具有高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求和特殊性，需制定有針對(duì)性的設(shè)計(jì)原則。

精測(cè)精修應(yīng)首要確保正常運(yùn)輸組織、動(dòng)車組運(yùn)行安全、接觸網(wǎng)性能及可靠性。適用線路為200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運(yùn)行動(dòng)車組列車的鐵路。

精測(cè)精修范圍：對(duì)超出施工允許偏差值且在警示值以內(nèi)的接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)不良者進(jìn)行精調(diào)，對(duì)精調(diào)涉及的整體吊弦、臨近預(yù)期壽命的零部件和設(shè)備進(jìn)行更換，對(duì)技術(shù)壽命終止、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)換代、技術(shù)發(fā)展需要或購(gòu)置受限的進(jìn)口產(chǎn)品等進(jìn)行全部更換；已納入一、二級(jí)修或單獨(dú)立項(xiàng)整治的工作內(nèi)容除外。

執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）、高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)規(guī)程、高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范、鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及文件。

勘測(cè)資料規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)資料包括原設(shè)計(jì)文件、接觸網(wǎng)平面竣工圖、“一桿一檔”數(shù)據(jù)和非接觸測(cè)量的完整數(shù)據(jù)（含波形圖）及接觸網(wǎng)零部件預(yù)期壽命狀態(tài)等資料；接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)包含接觸線高度、高差、拉出值、接觸線磨耗、定位器坡度、接觸線相互位置（錨段關(guān)節(jié)、線岔、分相關(guān)節(jié)）等，并輸出靜態(tài)參數(shù)波形圖；弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)包含弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力、受電弓弓頭垂直加速度（硬點(diǎn)）、動(dòng)態(tài)接觸線高度、動(dòng)態(tài)拉出值、離線、接觸網(wǎng)電壓等，并輸出弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)參數(shù)波形圖。

工程預(yù)算原則：執(zhí)行營(yíng)業(yè)線施工有關(guān)規(guī)定，按夜間4 h天窗時(shí)間編制施工組織計(jì)劃，天窗日計(jì)劃原則上逐日安排連續(xù)進(jìn)行。按鐵路更新改造工程并參考設(shè)備大修管理辦法進(jìn)行預(yù)算編制，按封鎖線路每天上線一次，考慮人工、機(jī)械臺(tái)班消耗調(diào)整系數(shù)；在精修工程預(yù)算中應(yīng)考慮以下2項(xiàng)工作：每日天窗點(diǎn)內(nèi)精調(diào)施工前需進(jìn)行接觸網(wǎng)參數(shù)復(fù)測(cè)，精調(diào)完畢需進(jìn)行開(kāi)通前交接驗(yàn)收。

3 精測(cè)精修范圍的劃定

精測(cè)精修范圍按“重檢慎修”方針進(jìn)行劃定。精測(cè)、精修兩項(xiàng)工作可以采取不同的策略，精測(cè)工作宜按供電段管轄范圍一次性組織完成，以便于全面收集數(shù)據(jù)、分析診斷和編制精修方案；精修工作宜采取分批次和小區(qū)段方式，以盡量縮小對(duì)鐵路運(yùn)行和供電安全的影響，并且便于維修后及時(shí)驗(yàn)收開(kāi)通。

由于精測(cè)數(shù)據(jù)的分析診斷、精修設(shè)計(jì)、實(shí)施方案及預(yù)算審批、專業(yè)隊(duì)伍組建及施工準(zhǔn)備等工作的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)精修區(qū)段內(nèi)發(fā)生一、二級(jí)修時(shí)，將導(dǎo)致接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)發(fā)生變化，因此考慮到精測(cè)精修與一、二級(jí)修可能存在的相互干擾問(wèn)題，精修單元宜按運(yùn)行工區(qū)管轄范圍進(jìn)行劃分，鑒于精修與二級(jí)修均具有計(jì)劃性質(zhì)，精修與二級(jí)修可以統(tǒng)籌實(shí)施。精測(cè)精修與一、二級(jí)修的最佳區(qū)段劃分如圖2所示。

圖2 精測(cè)精修與一、二級(jí)修的最佳區(qū)段劃分

4 精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷方法

目前我國(guó)智能牽引供電系統(tǒng)已初步建立了供電運(yùn)行檢修管理系統(tǒng)，其中接觸網(wǎng)PHM系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)零部件故障診斷、接觸網(wǎng)系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)、健康管理及維修決策等功能，但該系統(tǒng)尚處于完善階段，早期高鐵項(xiàng)目數(shù)據(jù)不全，因此暫不能發(fā)揮作用。鄭西高鐵接觸網(wǎng)精修項(xiàng)目和內(nèi)容是根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果確定的，主要在弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用特性成區(qū)段不良、接觸網(wǎng)超標(biāo)值增多及故障多發(fā)等3個(gè)方面進(jìn)行。

4.1 動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)

現(xiàn)有的接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量指數(shù)CQI（接觸網(wǎng)靜態(tài)指數(shù)，Catenary Static Quality Index）、CPOI（弓網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量指數(shù)，Catenary Panpograph Operation Index）是依據(jù)高速弓網(wǎng)綜合檢測(cè)裝置1C的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)子項(xiàng)如：接觸線拉出值、接觸線高度、弓網(wǎng)接觸力、燃弧率等對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)［10-11］，對(duì)于弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用特性成區(qū)段不良的問(wèn)題，考慮采用CQI、CPOI指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.2 靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)

對(duì)于接觸網(wǎng)超標(biāo)值增多的問(wèn)題，主要指靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)中超出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（或施工允許偏差值）比例增多，具體達(dá)到多大比例才考慮納入精修方案，需要采取定量分析手段。按照文獻(xiàn)［8］第七章“維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，則CQI指數(shù)無(wú)法涵蓋靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的所有子項(xiàng)，因此文中提出采用“不標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)率”指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算方法為：逐項(xiàng)將靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值進(jìn)行比對(duì)，統(tǒng)計(jì)出不標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)數(shù)量，然后計(jì)算出不標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)率。靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算后逐項(xiàng)匯總見(jiàn)表1。對(duì)于達(dá)到一定不標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)率的檢測(cè)項(xiàng)目或類別，經(jīng)專家評(píng)估決定是否納入精修方案。

表1 接觸網(wǎng)靜態(tài)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)及決策表

4.3 零部件預(yù)期壽命的分析診斷

對(duì)于故障多發(fā)問(wèn)題，由于零部件、設(shè)備的質(zhì)量檢驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況存在一定差異，個(gè)別試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法尚處于修編階段，以產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果判斷能否繼續(xù)安全使用或預(yù)期剩余壽命有一定難度。因此，當(dāng)質(zhì)量檢驗(yàn)或分析診斷存在不確定性時(shí)，應(yīng)參考日常運(yùn)行維護(hù)情況（如：弓網(wǎng)故障、停電跳閘的影響程度及一、二級(jí)修情況等）進(jìn)行綜合評(píng)判。另外，當(dāng)零部件和設(shè)備的技術(shù)壽命終止、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)換代時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)行全部更換。當(dāng)早期高鐵項(xiàng)目的進(jìn)口產(chǎn)品存在購(gòu)置、技術(shù)服務(wù)受限時(shí)，應(yīng)考慮更換為符合國(guó)家或鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。

5 精測(cè)精修技術(shù)方案

鄭西高鐵的運(yùn)營(yíng)維護(hù)由鄭州鐵路局、西安鐵路局分別承擔(dān)，因此分區(qū)段進(jìn)行接觸網(wǎng)精測(cè)精修方案研究，依據(jù)設(shè)計(jì)原則劃定了精測(cè)精修范圍，并根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果確定了精修項(xiàng)目和內(nèi)容。由于之前這兩個(gè)鐵路局各自完成了管段內(nèi)一些接觸網(wǎng)缺陷整治工作，因此在精修范圍、項(xiàng)目和內(nèi)容上略有不同。

5.1 鄭西高鐵K947+691~K1076+244段

本區(qū)段精測(cè)范圍為靈寶西~華山北區(qū)間K947+691至西安北站K1076+244，其中包含華山北、渭南北、臨潼東、西安北等4個(gè)車站及4個(gè)區(qū)間。精測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容見(jiàn)表2。

根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果，研究確定了急迫實(shí)施的精修項(xiàng)目和內(nèi)容。第一階段精修項(xiàng)目和內(nèi)容為：本區(qū)段絕緣錨段關(guān)節(jié)及電分相處66組、無(wú)交分線岔處70組的定位線夾U型銷釘、定位支座/定位器鉤等存在磨損情況，進(jìn)行成套更換；臨潼東站4組1/41道岔處帶第三輔助索無(wú)交分線岔，由于第三輔助索錨段張力與正線接觸網(wǎng)張力不一致，接觸線磨耗略高于正線接觸線，進(jìn)行換線及精調(diào)。

5.2 鄭西高鐵K691+131~K758+660段

本區(qū)段精測(cè)設(shè)計(jì)范圍為洛陽(yáng)龍門(mén)站K691+131至澠池南站K758+660，其中包含洛陽(yáng)龍門(mén)、澠池南2個(gè)車站及1個(gè)區(qū)間。精測(cè)項(xiàng)目為靜態(tài)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)、零部件和設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)等3項(xiàng)。靜態(tài)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)內(nèi)容基本與表2一致。零部件和設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)送檢內(nèi)容為：定位器2套、定位線夾2套、定位支座2套、整體吊弦25套、彈性吊索線夾4套、彈性吊索吊弦4套、接觸線中心錨結(jié)線夾1個(gè)、承力索中心錨結(jié)線夾1個(gè)、錨支定位卡子2個(gè)、定位管吊線2套、吊線固定鉤2個(gè)、避雷器1臺(tái)、下錨復(fù)合絕緣子2根。

表2 鄭西高鐵K 947+691~K 1076+244段精測(cè)內(nèi)容

根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果，研究確定了精修項(xiàng)目和內(nèi)容，見(jiàn)表3。

表3 鄭西高鐵K 691+131~K 758+660段精修內(nèi)容

6 結(jié)論

接觸網(wǎng)精測(cè)精修的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及實(shí)施均處于運(yùn)營(yíng)階段，具有高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求和獨(dú)立性、計(jì)劃性、全面性、系統(tǒng)性等特性，通過(guò)制定針對(duì)性的設(shè)計(jì)原則，劃定了鄭西高鐵接觸網(wǎng)精測(cè)精修范圍，并根據(jù)精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷結(jié)果確定了精修項(xiàng)目和內(nèi)容。通過(guò)深化研究精測(cè)精修范圍、精測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和分析診斷方法，得出以下結(jié)論：

（1）精測(cè)工作按供電段管轄范圍一次性組織完成，精修工作采取分批次和小區(qū)段方式進(jìn)行；

（2）動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采用CQI、CPOI指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采用不標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)率的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（3）零部件預(yù)期壽命應(yīng)參考日常運(yùn)行維護(hù)情況、技術(shù)壽命、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)等因素進(jìn)行綜合評(píng)判。

截至2019年12月底，我國(guó)高速鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)滿7年的項(xiàng)目多達(dá)25個(gè)，線路長(zhǎng)度合計(jì)8 787 km，其中包括京滬高鐵、京廣高鐵及滬昆高鐵等國(guó)家鐵路動(dòng)脈，接觸網(wǎng)精測(cè)精修是延續(xù)接觸網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行的重要舉措，相關(guān)成果可為后續(xù)高鐵項(xiàng)目提供借鑒。