论文部分内容阅读
摘要: 架空式接触网作为电气化铁路牵引供电系统的主体，亦是我国地铁供电发展的趋势,其性能的高低直接影响着列车的运行速度和运行安全。本文总结了架空式接触网在地铁运营中产生的问题，提出了改善接触网弹性、延长使用寿命的措施，并根据深圳地铁的工程实例分析，为深圳其他地铁后续建设工程提高接触网弹性和使用寿命提供了参考依据。
关键词：接触网；弹性；使用寿命
Abstract: the overhead catenary of electrified railway traction power supply system as the main body, also is the development trend of the power supply in China, its performance directly influence the running speed of the train and the safety of operation. This paper summarizes the overhead catenary type in the cause of the problem in the metro operation, and put forward the improving catenary elastic, prolong service life measures, and according to the engineering examples of shenzhen metro analysis for shenzhen subway construction project up other follow-up catenary elastic and provide the reference service life.
Keywords: overhead contact; Elastic; Service life
中图分类号：TM922.5文献标识码： A 文章编号：
0 引言
近年来，随着我国经济高速发展，城市外来人口的增加，公路交通随着汽车车辆的增多越来越拥挤，城市轨道交通项目的建设显得尤为重要。随着一代代地铁人的不断努力，城市轨道建设已经进入明媚阳光的崭新时代。在电力牵引系统中，与电力机车直接传导接触的设备即接触网。接触网是铁路上架设的为电力机车输送能量的特殊输电线路，刚性接触网主要由刚性悬挂装置、汇流排、接触线与辅助设备组成。
接触网性能的优劣决定着机车的运行速度与稳定。由于城市土地成本较高，地铁一般建在地下，高架段占很少部分。因地下净空高度有限，接触网常采用刚性悬挂，这就影响了机车的运行速度与稳定，因刚性接触网几乎不存在弹性，大大增加了接触线的磨耗，缩短了接触线的使用寿命。同时，实验中得出的架空刚性接触线磨耗均匀的优势在实际运营中还是接受了很大的挑战，增加接触网悬挂装置的弹性，延长接触线的使用寿命成为施工难题。
1. 刚性接触网运营中的常见问题
1.1 容易产生接触网硬点
随着城市轨道交通客运量的增加，现在的地铁线路行车间隙基本在4~6分钟，这对弓网关系的要求日益提高。由于受电弓在运行过程中与接触悬挂装置某个地某个部位的接触力的变化，这个现象即接触网硬点的产生。而对于刚性接触网，由于跨距小，悬挂点多，这导致更容易出现硬点。就目前冷热滑检测数据显示，最容易出现硬点的接触网部位主要是：接触网悬挂点、中锚、锚段关节、道岔关节、分段绝缘器及刚柔过渡段。当然也存在线路问题及受电弓本身的问题导致的硬点。
针对目前国内地下段使用的普遍是刚性悬挂架空接触网（Π型汇流排）安装形式跨距小、悬挂点多的问题，导致受电弓弹起并产生高温电弧再次接触导线的频率更大，这样累计新增硬点会增加及导线灼伤的面积越来越大。
1.2 接触网磨耗过大
由于接触网的无备用性，这直接导致了接触网在长期运行中的振动疲劳或带病投入使用的问题，这直接导致了接触网的磨耗增大。接触网还会受到外界机械动力的撞击，引起接触网的磨耗。接触网磨耗的最严重部位是接触线，就深圳地铁一期、二期运营检修情况表明，刚性接触网悬挂部分（尤其是加速区段、分段、硬点处），其接触悬挂磨耗十分严重，在一些磨耗严重的区段受电弓和汇流排已经能够接触到。接触网磨耗需运营管理部门特别注意的主要有两个区段：
一、锚段关节。当列车速度提升时，取流较大，造成了大量的电气磨耗，所以处于列车加速区段的锚段关节，损耗非常严重。在这一区段线面一般会出现火花，在加速过程中，弓网始终处于波动状态，接触线受到的冲击力不够稳定，并且接触压力会变大，使接触网受到的机械磨耗增大。
二、曲线段。一般来说线路处于曲线段的接触线的磨耗大于直线段。这是因为在曲线段当机车曲线运动时，受电弓由于惯性继续向前，受到接触线的回拉力作用，随着机车做曲线运动，这就直接导致受电弓与接触线之间的摩擦阻力增大，导致接触线的损耗增大。
2 改善接触网弹性的措施
目前地铁的大多数设备运营中都是采用边使用边维护，包括接触网。接触网维护方面最大的问题是接触线的磨耗。长期的运营导致接触线产生磨耗，到达一定维修周期后就必须更换。为了提高接触网的弹性，延长其使用寿命，常采取以下措施。
2.1 改善受电弓结构
对受电弓的结构进行研究，采用新产品，尽量使受电弓对接触线的压力不随其起伏波动而变化。最大限度的减小接触线的驰度，使受电弓沿接触线滑行时轨迹尽可能地贴近水平直线。
2.2 改善接触悬挂的跨距
在欧洲刚性接触网中多用Π型铝合金汇流排的形式。我国目前采用的就是这种形式。单根接触线汇流排目前有两种类型: 一种为高80 mm 的PAC80 型, 另一种为高110 mm 的PAC110 型。其中PAC110 型的截面积为2213 mm2 , 每节长12 m。目前在大多数地铁线路采用的是PAC110 型。对于截面积为2213mm2汇流排而言,其运行速度与支撑装置的跨距关系选择见表1：
表1 运行速度与支撑装置的跨距关系
根据不同的运行速度，合理的选择不同区段的跨距。
2.3 改善接触悬挂零件
由于刚性悬挂无抬升量，受电弓的接触压力和冲击力无法缓解，造成整个悬挂不断处于振动状态，其结果是最后所有的振动能量逐渐“消化”在刚性悬挂系统中，造成整个悬挂系统另部件松动，从而对行车安全造成很大威胁。而减少受电弓的接触压力的办法就是刚性接触网在悬挂点处也具有自身的弹性（特别是加速曲线段），参照深圳地铁11号线初步设计，根据现有刚性悬掛安装形式，我们可以在与汇流排连接的汇流排线夹上加设弹性装置，详细见下图：
特别是在曲线段及加速区段，对于缓解弓网关系的接触压力及摩擦起到很大的作用，对于接触网（特别是接触线）的磨耗将大幅降低，进一步提高了接触网的使用寿命。
3 工程实例
3.1 工程概况
广州地铁2号线刚性接触网与广州地铁1号线柔性接触网相比，其接触线平均磨耗要大的多。测试表明，刚性接触悬挂部分区段和部位磨耗较严重，个别处甚至受电弓已经能够接触到汇流排。仅3~5年就磨耗到需要换线的地步，这是比较严重的。因此，对运转不好的接触网区段的弹性进行改进，以延长其使用寿命势在必行。
3.2 工程改进措施
根据调查结果分析，目前深圳地铁接触网的跨距与张力已经确定，只有从接触网的悬挂方式、受电弓结构以及接触网周边环境的改善来提高其弹性。
3.2.1改进施工工艺、提高施工精细度
由于刚性悬挂接触网系统的安装精度比柔性悬挂接触网系统的安装精度高,调节范围小,因此在进行刚性悬挂接触线的安装时,从施工测量开始到刚性悬挂接触线调整到位,要严格控制每一道工序的施工质量,实现一次安装到位。鼓励创新，加大力度研究适合中国地下铁道建设的施工工艺及培养优秀的技术型人才等。狠抓对关键点、关键工序的质量检查、把控工作。
3.2.2采用新技术和新产品对集中负载点减负
深圳地铁目前采用的一些接触网零件有点笨重，可以在满足机车受流通过的前提下，使用较轻的新产品，使用轻便、高强度的绝缘材料。
3.2.3合理确定受电弓抬升力
受电弓的磨耗可以反映整个电气化地铁线路接触网的运行状态，运营部门应时刻关注受电弓的状态，通过定期监测准确把握接触网的运行状态和部分缺陷。调整电弓抬升力至100NM，可使运行状态得到根本的好转。
3.2.4 加强监测与调整
充分执行接触网检测车的实时监测，最大限度的消除接触线在施工和运行中产生的硬点，尤其是接触线曲线区段；尽量确保相邻悬挂点的高度一致。维修中提高接触网弹性最有效的措施：是合理利用接触网检测车的实时监测数据，对接触线磨耗異常的区段进行具体分析，然后采取相应的维修保养措施。
4总结
根据国家扩大内需的战略部署，铁路电气化是我国铁路发展的趋势。城市轨道建设更是处于磅礴发展的阶段，而作为城市轨道牵引供电系统的主体接触网，其性能的高低直接影响着列车的运行速度和运行安全。
接触网弹性和使用寿命的改善需要接触网设计部门、施工单位以及运营维修单位的共同努力，从受电弓结构、悬挂方式、锚段关节等方面的改造，尽量使接触线受到受电弓的压力不随受电弓的波动而变化，使受电弓沿接触线运行的轨迹尽可能的贴近于水平直线，从而改善接触悬挂的弹性，提高其性能，为深圳地铁后续建设工程改善接触网弹性和使用寿命提供了参考依据。
参考文献
[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M]．成都：西南交通大学出版社，2003
[2]杨啸勇.架空刚性悬挂弹性改进方案研究[J].电专化铁道,2009(4):34-35.
[3]朱飞雄.接触网弹性链形悬挂的设计、施工与检测要点[J].电气化，2008（1）：84-87.
[4]李艳.均匀接触网弹性及改善弓网取流质量的探讨[J].西铁科技，2003（1）：22，56.
[5]卢启文.改善接触网弹性延长接触网使用寿命[J].城市建设理论研究,2011(19):52-55
[6]张道俊,陶维富.接触网运营检修与管理[M].北京:中国铁道出版社.
[7]王修文，王学峰.改善接触网悬挂弹性，适应列车提速要求[J].铁道机车车辆,2005,25(2):69-70.
关键词：接触网；弹性；使用寿命
Abstract: the overhead catenary of electrified railway traction power supply system as the main body, also is the development trend of the power supply in China, its performance directly influence the running speed of the train and the safety of operation. This paper summarizes the overhead catenary type in the cause of the problem in the metro operation, and put forward the improving catenary elastic, prolong service life measures, and according to the engineering examples of shenzhen metro analysis for shenzhen subway construction project up other follow-up catenary elastic and provide the reference service life.
Keywords: overhead contact; Elastic; Service life
中图分类号：TM922.5文献标识码： A 文章编号：
0 引言
近年来，随着我国经济高速发展，城市外来人口的增加，公路交通随着汽车车辆的增多越来越拥挤，城市轨道交通项目的建设显得尤为重要。随着一代代地铁人的不断努力，城市轨道建设已经进入明媚阳光的崭新时代。在电力牵引系统中，与电力机车直接传导接触的设备即接触网。接触网是铁路上架设的为电力机车输送能量的特殊输电线路，刚性接触网主要由刚性悬挂装置、汇流排、接触线与辅助设备组成。
接触网性能的优劣决定着机车的运行速度与稳定。由于城市土地成本较高，地铁一般建在地下，高架段占很少部分。因地下净空高度有限，接触网常采用刚性悬挂，这就影响了机车的运行速度与稳定，因刚性接触网几乎不存在弹性，大大增加了接触线的磨耗，缩短了接触线的使用寿命。同时，实验中得出的架空刚性接触线磨耗均匀的优势在实际运营中还是接受了很大的挑战，增加接触网悬挂装置的弹性，延长接触线的使用寿命成为施工难题。
1. 刚性接触网运营中的常见问题
1.1 容易产生接触网硬点
随着城市轨道交通客运量的增加，现在的地铁线路行车间隙基本在4~6分钟，这对弓网关系的要求日益提高。由于受电弓在运行过程中与接触悬挂装置某个地某个部位的接触力的变化，这个现象即接触网硬点的产生。而对于刚性接触网，由于跨距小，悬挂点多，这导致更容易出现硬点。就目前冷热滑检测数据显示，最容易出现硬点的接触网部位主要是：接触网悬挂点、中锚、锚段关节、道岔关节、分段绝缘器及刚柔过渡段。当然也存在线路问题及受电弓本身的问题导致的硬点。
针对目前国内地下段使用的普遍是刚性悬挂架空接触网（Π型汇流排）安装形式跨距小、悬挂点多的问题，导致受电弓弹起并产生高温电弧再次接触导线的频率更大，这样累计新增硬点会增加及导线灼伤的面积越来越大。
1.2 接触网磨耗过大
由于接触网的无备用性，这直接导致了接触网在长期运行中的振动疲劳或带病投入使用的问题，这直接导致了接触网的磨耗增大。接触网还会受到外界机械动力的撞击，引起接触网的磨耗。接触网磨耗的最严重部位是接触线，就深圳地铁一期、二期运营检修情况表明，刚性接触网悬挂部分（尤其是加速区段、分段、硬点处），其接触悬挂磨耗十分严重，在一些磨耗严重的区段受电弓和汇流排已经能够接触到。接触网磨耗需运营管理部门特别注意的主要有两个区段：
一、锚段关节。当列车速度提升时，取流较大，造成了大量的电气磨耗，所以处于列车加速区段的锚段关节，损耗非常严重。在这一区段线面一般会出现火花，在加速过程中，弓网始终处于波动状态，接触线受到的冲击力不够稳定，并且接触压力会变大，使接触网受到的机械磨耗增大。
二、曲线段。一般来说线路处于曲线段的接触线的磨耗大于直线段。这是因为在曲线段当机车曲线运动时，受电弓由于惯性继续向前，受到接触线的回拉力作用，随着机车做曲线运动，这就直接导致受电弓与接触线之间的摩擦阻力增大，导致接触线的损耗增大。
2 改善接触网弹性的措施
目前地铁的大多数设备运营中都是采用边使用边维护，包括接触网。接触网维护方面最大的问题是接触线的磨耗。长期的运营导致接触线产生磨耗，到达一定维修周期后就必须更换。为了提高接触网的弹性，延长其使用寿命，常采取以下措施。
2.1 改善受电弓结构
对受电弓的结构进行研究，采用新产品，尽量使受电弓对接触线的压力不随其起伏波动而变化。最大限度的减小接触线的驰度，使受电弓沿接触线滑行时轨迹尽可能地贴近水平直线。
2.2 改善接触悬挂的跨距
在欧洲刚性接触网中多用Π型铝合金汇流排的形式。我国目前采用的就是这种形式。单根接触线汇流排目前有两种类型: 一种为高80 mm 的PAC80 型, 另一种为高110 mm 的PAC110 型。其中PAC110 型的截面积为2213 mm2 , 每节长12 m。目前在大多数地铁线路采用的是PAC110 型。对于截面积为2213mm2汇流排而言,其运行速度与支撑装置的跨距关系选择见表1：
表1 运行速度与支撑装置的跨距关系
根据不同的运行速度，合理的选择不同区段的跨距。
2.3 改善接触悬挂零件
由于刚性悬挂无抬升量，受电弓的接触压力和冲击力无法缓解，造成整个悬挂不断处于振动状态，其结果是最后所有的振动能量逐渐“消化”在刚性悬挂系统中，造成整个悬挂系统另部件松动，从而对行车安全造成很大威胁。而减少受电弓的接触压力的办法就是刚性接触网在悬挂点处也具有自身的弹性（特别是加速曲线段），参照深圳地铁11号线初步设计，根据现有刚性悬掛安装形式，我们可以在与汇流排连接的汇流排线夹上加设弹性装置，详细见下图：
特别是在曲线段及加速区段，对于缓解弓网关系的接触压力及摩擦起到很大的作用，对于接触网（特别是接触线）的磨耗将大幅降低，进一步提高了接触网的使用寿命。
3 工程实例
3.1 工程概况
广州地铁2号线刚性接触网与广州地铁1号线柔性接触网相比，其接触线平均磨耗要大的多。测试表明，刚性接触悬挂部分区段和部位磨耗较严重，个别处甚至受电弓已经能够接触到汇流排。仅3~5年就磨耗到需要换线的地步，这是比较严重的。因此，对运转不好的接触网区段的弹性进行改进，以延长其使用寿命势在必行。
3.2 工程改进措施
根据调查结果分析，目前深圳地铁接触网的跨距与张力已经确定，只有从接触网的悬挂方式、受电弓结构以及接触网周边环境的改善来提高其弹性。
3.2.1改进施工工艺、提高施工精细度
由于刚性悬挂接触网系统的安装精度比柔性悬挂接触网系统的安装精度高,调节范围小,因此在进行刚性悬挂接触线的安装时,从施工测量开始到刚性悬挂接触线调整到位,要严格控制每一道工序的施工质量,实现一次安装到位。鼓励创新，加大力度研究适合中国地下铁道建设的施工工艺及培养优秀的技术型人才等。狠抓对关键点、关键工序的质量检查、把控工作。
3.2.2采用新技术和新产品对集中负载点减负
深圳地铁目前采用的一些接触网零件有点笨重，可以在满足机车受流通过的前提下，使用较轻的新产品，使用轻便、高强度的绝缘材料。
3.2.3合理确定受电弓抬升力
受电弓的磨耗可以反映整个电气化地铁线路接触网的运行状态，运营部门应时刻关注受电弓的状态，通过定期监测准确把握接触网的运行状态和部分缺陷。调整电弓抬升力至100NM，可使运行状态得到根本的好转。
3.2.4 加强监测与调整
充分执行接触网检测车的实时监测，最大限度的消除接触线在施工和运行中产生的硬点，尤其是接触线曲线区段；尽量确保相邻悬挂点的高度一致。维修中提高接触网弹性最有效的措施：是合理利用接触网检测车的实时监测数据，对接触线磨耗異常的区段进行具体分析，然后采取相应的维修保养措施。
4总结
根据国家扩大内需的战略部署，铁路电气化是我国铁路发展的趋势。城市轨道建设更是处于磅礴发展的阶段，而作为城市轨道牵引供电系统的主体接触网，其性能的高低直接影响着列车的运行速度和运行安全。
接触网弹性和使用寿命的改善需要接触网设计部门、施工单位以及运营维修单位的共同努力，从受电弓结构、悬挂方式、锚段关节等方面的改造，尽量使接触线受到受电弓的压力不随受电弓的波动而变化，使受电弓沿接触线运行的轨迹尽可能的贴近于水平直线，从而改善接触悬挂的弹性，提高其性能，为深圳地铁后续建设工程改善接触网弹性和使用寿命提供了参考依据。
参考文献
[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M]．成都：西南交通大学出版社，2003
[2]杨啸勇.架空刚性悬挂弹性改进方案研究[J].电专化铁道,2009(4):34-35.
[3]朱飞雄.接触网弹性链形悬挂的设计、施工与检测要点[J].电气化，2008（1）：84-87.
[4]李艳.均匀接触网弹性及改善弓网取流质量的探讨[J].西铁科技，2003（1）：22，56.
[5]卢启文.改善接触网弹性延长接触网使用寿命[J].城市建设理论研究,2011(19):52-55
[6]张道俊,陶维富.接触网运营检修与管理[M].北京:中国铁道出版社.
[7]王修文，王学峰.改善接触网悬挂弹性，适应列车提速要求[J].铁道机车车辆,2005,25(2):69-70.