高速鐵路接觸網(wǎng)CDI超標(biāo)整治研究

張琪

摘要：結(jié)合某高鐵線路2021年3月至8月期間接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)若干燃弧、硬點(diǎn)缺陷，以及部分CDI超標(biāo)單元，通過動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)分析，探討引起燃弧和硬點(diǎn)的主要原因，研究采用調(diào)整彈性吊索張力改善接觸線平順性、校正接觸線平直度等方案消除燃弧和硬點(diǎn)缺陷，并通過試驗(yàn)錨段驗(yàn)證了整改方案能夠消除接觸網(wǎng)缺陷，提高動(dòng)態(tài)性能，為其他在建或運(yùn)營高速鐵路提供參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;接觸網(wǎng);CDI;精調(diào)

0引言

某高鐵線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試試驗(yàn)通過動(dòng)態(tài)驗(yàn)收，納入運(yùn)營檢測。運(yùn)營檢測中，通過局部缺陷診斷及區(qū)段質(zhì)量評(píng)價(jià)反映接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能[1]。在運(yùn)營期間，該高鐵線路采用CRH380AJ-2818高速綜合檢測列車進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，在5個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)一級(jí)缺陷共計(jì)43條，其中最大燃弧時(shí)間34條，硬點(diǎn)9條;CDI超標(biāo)單元共計(jì)10條。

該高鐵線路接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償彈性鏈型懸掛，350/h區(qū)段導(dǎo)線組合為JTMM120+CTMH150，高速正線張力組合為21kN+30kN，速度小于250k/h區(qū)段張力組合為20kN+25kN，全線彈性吊索采用JTMH-35，張力為3.5kN。接觸線設(shè)計(jì)高度5300mm，結(jié)構(gòu)高度一般為1600mm，標(biāo)準(zhǔn)跨距一般為45～60m。

本文通過分析檢測數(shù)據(jù)，對(duì)缺陷類型及分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)分析CDI分布情況及變化趨勢，研究缺陷及CDI不達(dá)標(biāo)單元的原因，并提出針對(duì)性整改措施，為缺陷整治提供經(jīng)驗(yàn)。

1檢測數(shù)據(jù)分析

1.1 缺陷分析

該高鐵線路5個(gè)月內(nèi)檢出的一級(jí)、二級(jí)缺陷隨里程分布如圖1所示，其中一級(jí)缺陷均為硬點(diǎn)及最大燃弧時(shí)間缺陷。最大燃弧時(shí)間缺陷集中分布在K6.5～K10.5、K32～K55以及K65～K80區(qū)間范圍內(nèi);硬點(diǎn)缺陷集中分布在K60～K80區(qū)間，該區(qū)間硬點(diǎn)及燃弧缺陷同時(shí)出現(xiàn)。

圖2為該高鐵線路上行K65.5～K67.1檢測波形圖，該區(qū)段接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)正常，但弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)較大，燃弧明顯，且整錨段硬點(diǎn)較大。

1.2 CDI分析

該高鐵線路CDI得分及CDI均值見表1，CDI均值穩(wěn)定在1.0附近，得分均大于98分，表明該線路動(dòng)態(tài)性能整體較為穩(wěn)定。

該高鐵線路CDI隨里程及時(shí)間分布如圖 3、圖 4所示，上下行CDI較高的區(qū)段集中在K60～K80附近，各單元CDI隨時(shí)間變化較為穩(wěn)定。

為分析CDI超標(biāo)原因，對(duì)CDI四個(gè)分量進(jìn)行分析，分別為拉出值分量CDIS、接觸線高度分量CDIH、接觸力分量CDIF及燃弧分量CDIA。其中CDIH、CDIF分量表征接觸線高度及接觸力的波動(dòng)程度。圖5為該高鐵線路上行CDI各分量分布圖，上行燃弧分量偏高較為突出，CDIA分量接近10的區(qū)段集中分布在K60～K80及K40、K100附近，與上行CDI偏大的錨段較為吻合，即上行CDI偏大區(qū)段主要由燃弧分量較大導(dǎo)致。

以該高鐵線路上行K69.928～K69.020錨段單元為例，該單元CDI為1.9，超過管理值1.8，為不達(dá)標(biāo)單元，該單元燃弧分量為10，燃弧分量過大導(dǎo)致單元CDI超標(biāo)。

該高鐵線路下行CDI分量如圖 6所示，下行CDIA偏大較為顯著，該分量接近10的區(qū)段主要集中與K40～K100、K130～K150區(qū)段，與CDI偏大區(qū)段較為吻合，即下行CDI偏大單元主要因?yàn)槿蓟》至科髮?dǎo)致。

以該高鐵線路下行某區(qū)間K95.440～K96.362錨段單元為例，該單元CDI為1.9，超過管理值1.8，燃弧分量CDIA較大導(dǎo)致單元CDI超標(biāo)。

1.3 缺陷及CDI超標(biāo)原因分析

由上述檢測數(shù)據(jù)分析可知，該高鐵線路接觸網(wǎng)缺陷主要為燃弧及硬點(diǎn)，引起CDI偏大的主要原因?yàn)槿蓟》至窟^大。

接觸網(wǎng)燃弧是一種氣體放電現(xiàn)象，主要是電流在傳輸過程中通過空氣或其他絕緣介質(zhì)時(shí)因放電而產(chǎn)生的瞬間火花現(xiàn)象[2]，主要是由于弓網(wǎng)壓力變化過大，接觸線不平順、存在高差過大、硬彎、硬點(diǎn)、扭面等現(xiàn)場，線夾傾斜等原因造成[3]。根據(jù)CDI數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)區(qū)段進(jìn)行復(fù)測，結(jié)合線路情況進(jìn)行分析，引起CDI超標(biāo)的可能原因如下。

（1）接觸線出現(xiàn)“V”字形

對(duì)某區(qū)間K84+454～K85+771區(qū)段接觸網(wǎng)進(jìn)行了靜態(tài)測量，經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)分析，普遍存在定位點(diǎn)處的接觸線高度比跨中略低，定位點(diǎn)接觸線高度形成“V”字形缺陷。上下行靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)如圖7、圖8所示：

根據(jù)靜態(tài)測量數(shù)據(jù)，某區(qū)間I-13、II-13錨段普遍存在跨中吊弦點(diǎn)接觸線高度比定位點(diǎn)高的情況，其中上行Ⅱ-13偏差最大值7mm，平均值4.46mm，下行I-13偏差最大值11mm，平均值5.93mm。動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)顯示下行I-13錨段弓網(wǎng)接觸力、燃弧分量等指標(biāo)明顯高于Ⅱ-13錨段，結(jié)合靜態(tài)測量數(shù)據(jù)及CDI檢測結(jié)果初步得出引起燃弧超標(biāo)的原因是定位點(diǎn)接觸線高度形成的“V”字形缺陷。

（2）中錨線夾等集中荷載造成的硬點(diǎn)

接觸線一旦產(chǎn)生硬點(diǎn)，高速運(yùn)行的受電弓受接觸線撞擊造成弓網(wǎng)接觸不良，為保證持續(xù)取流，擊穿弓網(wǎng)間空氣間隙形成電弧。硬點(diǎn)數(shù)越多不僅造成燃弧超標(biāo)，還可能損傷受電弓，縮短接觸線使用壽命，甚至引起弓網(wǎng)故障。對(duì)檢測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)單個(gè)硬點(diǎn)超標(biāo)主要發(fā)生在中錨、電連接、定位點(diǎn)線夾附近，說明單個(gè)硬點(diǎn)的發(fā)生可能與中錨處線夾、橫向電連接等集中荷載安裝不到位有關(guān)。圖9為定位點(diǎn)線夾位置接觸線硬彎。

（3）施工放線質(zhì)量控制不當(dāng)

恒張力放線是高速鐵路接觸網(wǎng)施工關(guān)鍵技術(shù)，直接影響接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能。該高鐵線路施工階段工期極其緊張，站前工期滯后進(jìn)一步擠占了接觸網(wǎng)施工周期，可能存在搶工期期間造成恒張力放線質(zhì)量控制不嚴(yán)格，缺少精細(xì)調(diào)整環(huán)節(jié)。

2整改方案

2.1 核查接觸線拉出值

檢測結(jié)果顯示CDI超標(biāo)單元無拉出值缺陷，且拉出值分量均較小，可以判定該高鐵線路不存在影響接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能的拉出值問題。

2.2 調(diào)整接觸線平順性

接觸線平順性直接影響CDI高度分量，同時(shí)對(duì)力的波動(dòng)和燃弧問題有影響。接觸線平順性主要受施工質(zhì)量和軌道變化影響，該高鐵線路為新建線路，大部分為無砟軌道，且自開通以來有砟軌道區(qū)段未進(jìn)行線路整治，應(yīng)忽略軌道變化對(duì)接觸線平順性的影響，重點(diǎn)查找自身平順性問題。

接觸網(wǎng)靜態(tài)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求“定位點(diǎn)兩側(cè)第一吊弦處接觸線高度應(yīng)等高，相對(duì)該定位點(diǎn)的接觸線高度允許偏差±10mm，但不得出現(xiàn)“V”字形”。靜態(tài)測量數(shù)據(jù)顯示CDI超標(biāo)單元的接觸線平順性較差，且定位點(diǎn)位置接觸線高度存在較多的“V”字形，研究考慮兩種方案消除“V”字形問題，改善接觸線平順性[4]。

（1）移動(dòng)吊弦位置

承載接觸線的承力索為拋物線狀態(tài)，不同位置需安裝長度不同的吊弦，理論上可通過移動(dòng)吊弦的安裝位置調(diào)節(jié)接觸線高度，改善平順性，但吊弦移動(dòng)位置不能過大，否則造成吊弦布置間距不均勻惡化弓網(wǎng)受流狀態(tài)[5]。

對(duì)50m標(biāo)準(zhǔn)跨距采用JTMH120承力索在張力為21kN情況下進(jìn)行拋物線擬合，計(jì)算吊弦移動(dòng)0.5m時(shí)的吊弦長度變化量，模擬狀態(tài)方程如下：

y=43/81 x^2-2150/81 x+123265/81

通過對(duì)靜態(tài)測量數(shù)據(jù)得知跨中接觸線高度最高點(diǎn)一般出現(xiàn)在第3或第4吊弦位置，基本位于跨中，以移動(dòng)第3吊弦為例，吊弦往跨中方向移動(dòng)0.5m。向模擬狀態(tài)方程分別輸入第3吊弦移動(dòng)前后距離定位點(diǎn)的長度x1=21.2m，x2=21.7m，計(jì)算得到吊弦移動(dòng)后長度變化量為y2-y1=1195.78-1197.66=-1.88mm，即吊弦向跨中方向移動(dòng)0.5m后接觸線高度減小約1.88mm。實(shí)測跨中接觸線高度普遍高出定位點(diǎn)2～8mm，按該方案無法消除倒‘V’字形缺陷。

（2）調(diào)整彈性吊索張力

彈性吊索張力小于設(shè)計(jì)張力會(huì)出現(xiàn)定位點(diǎn)及兩側(cè)第一吊弦位置接觸線高度下降情況，定位點(diǎn)接觸線高度形成偏差峰值的“V”字形。

依據(jù)該高鐵線路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)，取50m標(biāo)準(zhǔn)跨距，分別計(jì)算彈性吊索張力為3.5kN、3.0kN、2.5kN時(shí)跨中吊弦長度變化情況，見表4。

由表4計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了當(dāng)彈性吊索安裝張力不足時(shí)會(huì)出現(xiàn)定位點(diǎn)及兩側(cè)第1吊弦位置接觸線高度偏低形成“V”字形偏差，同時(shí)通過調(diào)整彈性吊索張力能消除此類偏差并改善接觸線平順性。

整治時(shí)首先利用檢測儀器測量彈性吊索張力，對(duì)張力不滿足設(shè)計(jì)要求的彈性吊索進(jìn)行張力調(diào)整，調(diào)整完成后復(fù)核定位點(diǎn)及跨中吊弦位置接觸線高度是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。彈性吊索張力調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值后，定位點(diǎn)及跨中接觸線高度仍不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的位置，需重新預(yù)配吊弦并進(jìn)行更換。

2.3 校正接觸線平直度

全面檢查CDI超標(biāo)單元接觸網(wǎng)上集中荷載（錨段關(guān)節(jié)、中心錨結(jié)、電連接、線岔等）處線夾和接觸線狀態(tài)，對(duì)存在偏斜的線夾進(jìn)行調(diào)整或更換，采用接觸線平直度檢測儀測量線夾位置接觸線平直度，最大間隙不應(yīng)大于0.1mm/m，對(duì)超標(biāo)位置采用導(dǎo)線校直器進(jìn)行校正。

接觸線在架設(shè)時(shí)未采用恒張力架設(shè)或架設(shè)過程中張力控制不均，接觸導(dǎo)線的蠕變伸長未得到充分釋放就立即安裝吊弦，接觸導(dǎo)線的應(yīng)力被吊弦拉力限制，高速運(yùn)行的受電弓與接觸導(dǎo)線形成激振，整錨段弓網(wǎng)接觸力、硬點(diǎn)檢測值波動(dòng)較大，燃弧明顯，CDI值超標(biāo)。

整治時(shí)解開錨段內(nèi)除中心錨結(jié)位置的所有定位和吊弦線夾，包括非支抬高跨，接觸線采用S鉤加尼龍放線滑輪懸掛，S鉤的設(shè)置應(yīng)均勻，每跨宜不少于5根，且依據(jù)不同位置設(shè)置長度適宜的S鉤，使接觸線順線路方向保持平直，采用五輪整彎器自中心錨結(jié)向兩端下錨方向平推整治，接觸線蠕變得到充分釋放，可有效消除整錨段硬點(diǎn)值和燃弧缺陷。如果平推整治后硬點(diǎn)和燃弧檢測值仍不能滿足要求，則按恒張力架線方式更換接觸線。

3整改應(yīng)用

為驗(yàn)證燃弧、硬點(diǎn)超標(biāo)的原因判定是否正確，研究分析的整改方案是否能消除缺陷并提高接觸線動(dòng)態(tài)性能，分別選取該高鐵線路上行某站K69.928～K69.020、下行某區(qū)間K95.440～K96.362兩個(gè)CDI超標(biāo)的典型錨段單元進(jìn)行試驗(yàn)性調(diào)整。圖10 所示為采用五輪整彎器整治定位點(diǎn)接觸線硬彎。調(diào)整完成后，復(fù)核接觸網(wǎng)靜態(tài)參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

采用綜合檢測列車對(duì)調(diào)整后的接觸網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，燃弧和硬點(diǎn)數(shù)值顯著降低，CDI數(shù)據(jù)相對(duì)調(diào)整前明顯改善。試驗(yàn)錨段單元調(diào)整前后CDI及其各分量變化見表5。因此上述分析的整改措施對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整后滿足弓網(wǎng)關(guān)系，保證受電弓良好受流，能夠改善該高鐵線路接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能。

4結(jié)語

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能指數(shù)（CDI）反應(yīng)弓網(wǎng)關(guān)系和受流質(zhì)量，本次CDI超標(biāo)整治研究表明，接觸懸掛的靜態(tài)幾何參數(shù)是保證良好弓網(wǎng)關(guān)系的前提，應(yīng)通過精確的吊弦計(jì)算、嚴(yán)格的張力控制等措施保證彈性吊索安裝狀態(tài)，使接觸懸掛安裝參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求;正確安裝中心錨結(jié)線夾或調(diào)整其運(yùn)行狀態(tài)減小集中荷載對(duì)接觸線平順性的影響，消除接觸網(wǎng)硬點(diǎn)，同時(shí)關(guān)注有碴軌道區(qū)段軌道標(biāo)高的變化對(duì)接觸線高度的影響等對(duì)提高接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能具有直接作用。本次超標(biāo)整治的措施可供其他在建或運(yùn)營高速鐵路線路參考。

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