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[摘要]本文针对接触网在地铁运行中普遍出现的各类问题，分析其产生的后果，分别在接触悬挂、定位装置等方面提出改善地铁接触网性能的应对措施。
[关键词]地铁接触网；接触悬挂；性能
中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0179-01
地铁供电系统的主体接触网，其工作状态与质量将直接影响着地铁的运输能力。接触网的任务是将牵引电力的电能直接输送给电力机车使用。接触网主要由支持与定位装置、支柱与基础、接触悬挂等装置组成。
一、接触悬挂
接触悬挂装置主要包括承力索、吊弦、接触线与连接等部件组成。接触悬挂的功能就是将电能输送给电力机车。接触网质量主要取决于接触悬挂的弹性，通过改善接触网的弹性，使受电弓高质量的取流，以此提高电力机车的速度。
1、影响接触悬挂性能的因素
1.1 接触网悬挂的弹性与抬升
为实现良好的接触质量，必须使接触网的抬升保持在最低限度。由于支持装置的机械设计可能会限制在这些点上产生的垂直运动，尤其在低、中速条件下，即运行速度达到约50%的波传播速度时，抬升值与接触网设备的弹性和受电弓作用的接触压力成反比。为了在提高速度时保持良好的接触质量，则必须增加接触压力，通过保持尽可能低的弹性以限制接触网的抬升。跨距中间的弹性，可利用公式l计算：
e=l/[k·（HCW+HCA）]mm/N （1）
式中1是纵向跨距，m；HCW是接触线张力，KN；HCA是接触线张力，KN；K市系数。公式1计算得到的跨距中间弹性的实现情况取决于接触网设备的结构，即悬挂点外的弹性取决于接触网设备的结构。如果在悬挂点上的接触网没有弹性吊索，悬挂点上的弹性只能实现跨中值的30%～50%，但加上弹性吊索的接触网悬挂点上的弹性可以大约增加到跨中值90%。
1.2 接触线截面与抗拉应力
在受电弓高速运行时，接触线和承力索截面对接触网的特性有至关重要的作用。根据式（1），用于高速运行列车的接触网必须具有较低而均匀的弹性，这就要求接触线和承力索张力要大。增强其张力可通过加大其截面和相应的应力来实现。由于接触面的最大面积受操作和安装接触线的限制，即使接触线的最大截面限制为150mm2，也会导致安装施工过程中产生局部缺陷（弯曲等）的重大风险，加速这些位置上的磨耗。
当抗拉应力是一个常数时，可通过增加接触线和承力索的截面使弹性线性下降。从商业的观点考虑，投资会随截面的增加而成比例增加。但是，较大截面的导線易产生较低的接触压力标准偏差，即增大接触线和承力索的截面，从动态方面考虑是经济和可行的。波的传播速度计算公式如下所示。（2）其中：cp为波的传播速度，HO为线索张力，为线材参数；由式（2）可知，相等的导线应力沿接触线方向应具有相等的波传播速度，其多普勒系数也相等。由此可知，在接近最高速度下运行时，保持同样的应力而增加截面不会有助于提高接触网的适应性。假设同样的截面，在增加沿接触线波传播速度的同时，如式（2）和式（1）可知，增加应力也会减少接触网的弹性。
综上所述，增加接触线应力可改进接触网的各种重要参数以及动态性能。经过长期的运营发现，在运行速度一定的情况下，当接触线张力分别为15KN和21KN时，动态带宽明显减少，当接触线的张力较高时，接触压力的峰值偏低。因此，增加接触线的应力对列车的运行是最适宜的方法。
2、改善接触悬挂弹性的方法
提高分段分相绝缘器、定位点及线岔等处的弹性，是改善接触悬挂性能的工作重点。采用轻型零件以减轻接触悬挂的重量；用弹性链形悬挂替代简单链形悬挂，以使整个接触悬挂的弹性均匀一致；研制高强度的接触线来辅助绳索的张力是改善接触悬挂弹性的重要手段。由于这些办法改进投资高，实现困难，不适合我国现状。基于我国机电接触悬挂的现状，特提出以下措施来改善接触悬挂的性能。
2.1 加大接触线的张力。由于接触线与线索经过磨耗后所能够承受的张力会随之变弱，因此，可以在设计过程中加大承力索与接触线的张力，以此来改善接触悬挂的弹性。并且有数据显示，当在设计过程中，将接触线的设计张力加大50%，接触网的弹性也会随着减小33%。事实证明，加大接触线的张力是改善接触网弹性的有效方法。
2.2 采用带弹性吊弦的接触悬挂。如今，简单链形悬挂型式被大量地运用，但是，此型容易在定位点处产生硬点，导致整个接触网的弹性不均匀，当机电高速行驶时，其电弓离线、拉弧的现象明显。低于10%的非均匀度是高速铁路接触网追求的目标，根据国内外的经验，采用带弹性吊弦的接触悬挂的形式是一种改善接触网性能的有效方法，其支柱处的弹性高于90%，从而使得非均匀度小于10%，所以采用带弹性吊弦的链形悬挂，能够保证整个跨距内的弹性保持均匀。
二、定位装置
1、定位装置自身事故的状况
接触网定位装置的稳定状态与安装质量都将直接影响到接触网运用的稳定性。定位装置中常易出现以下事故，如拉线容易被拉断、磨断或者腐蚀断；没有及时处理定位环或者出现定位线夹紧固螺丝松动的现象，从而导致在振动或者受外力的情况下容易使定位装置脱落；补偿装置状态不良，当温度变化时，某地段的定位器容易沿着线路方向产生偏移，最终导致定位线夹拉脱等现象。
2、故障预防及整改措施
2.1 进行定期检查。在检查定位装置时，重点检查其连接的牢固程度，是否存在变形、裂痕、损坏、磨损等现象，并可通过木槌在定位点敲打，从而判断线夹是否正常，如有裂痕，便会当场断裂。对各部件的检修一定要坚持标准化工艺作业。
2.2 进行整体更换。由于决定位装置存在隐形裂纹、变形等诸多损坏现象，在检修过程中却没有及时发现与处理，从而易导致事故隐患，其后果不堪设想。所以应采用新材料设备对定位器进行定期的批量整体更换，以防止弓网事故的发生。
2.3 选择可靠的材料和进货渠道，杜绝三无产品。用来制作尾部拉线的铁线应无锈蚀接头、镀锌良好、无空心等情况。定位线夹、定位器应无裂痕、无变形，需要整体配套。制作过程中要在各部螺栓中添加防松垫片，需无滑丝现象等。及时检修定位器的电连接器，并增设电连接器的安装双线夹，从而增加线索与线夹的截流面，防止其过热现象的产生。
三、结语
接触网是一种特殊的输电线路，其性能关系着机车的运输能力与安全。本文通过对接触网各部分的认识与现存问题的分析，提出改善接触网性能的一些措施，希望能够提高接触网的安全可靠性与运行品质，为正在进行的大规模地铁建设提供有利的帮助，从而促进城际轨道的飞速发展。
[关键词]地铁接触网；接触悬挂；性能
中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0179-01
地铁供电系统的主体接触网，其工作状态与质量将直接影响着地铁的运输能力。接触网的任务是将牵引电力的电能直接输送给电力机车使用。接触网主要由支持与定位装置、支柱与基础、接触悬挂等装置组成。
一、接触悬挂
接触悬挂装置主要包括承力索、吊弦、接触线与连接等部件组成。接触悬挂的功能就是将电能输送给电力机车。接触网质量主要取决于接触悬挂的弹性，通过改善接触网的弹性，使受电弓高质量的取流，以此提高电力机车的速度。
1、影响接触悬挂性能的因素
1.1 接触网悬挂的弹性与抬升
为实现良好的接触质量，必须使接触网的抬升保持在最低限度。由于支持装置的机械设计可能会限制在这些点上产生的垂直运动，尤其在低、中速条件下，即运行速度达到约50%的波传播速度时，抬升值与接触网设备的弹性和受电弓作用的接触压力成反比。为了在提高速度时保持良好的接触质量，则必须增加接触压力，通过保持尽可能低的弹性以限制接触网的抬升。跨距中间的弹性，可利用公式l计算：
e=l/[k·（HCW+HCA）]mm/N （1）
式中1是纵向跨距，m；HCW是接触线张力，KN；HCA是接触线张力，KN；K市系数。公式1计算得到的跨距中间弹性的实现情况取决于接触网设备的结构，即悬挂点外的弹性取决于接触网设备的结构。如果在悬挂点上的接触网没有弹性吊索，悬挂点上的弹性只能实现跨中值的30%～50%，但加上弹性吊索的接触网悬挂点上的弹性可以大约增加到跨中值90%。
1.2 接触线截面与抗拉应力
在受电弓高速运行时，接触线和承力索截面对接触网的特性有至关重要的作用。根据式（1），用于高速运行列车的接触网必须具有较低而均匀的弹性，这就要求接触线和承力索张力要大。增强其张力可通过加大其截面和相应的应力来实现。由于接触面的最大面积受操作和安装接触线的限制，即使接触线的最大截面限制为150mm2，也会导致安装施工过程中产生局部缺陷（弯曲等）的重大风险，加速这些位置上的磨耗。
当抗拉应力是一个常数时，可通过增加接触线和承力索的截面使弹性线性下降。从商业的观点考虑，投资会随截面的增加而成比例增加。但是，较大截面的导線易产生较低的接触压力标准偏差，即增大接触线和承力索的截面，从动态方面考虑是经济和可行的。波的传播速度计算公式如下所示。（2）其中：cp为波的传播速度，HO为线索张力，为线材参数；由式（2）可知，相等的导线应力沿接触线方向应具有相等的波传播速度，其多普勒系数也相等。由此可知，在接近最高速度下运行时，保持同样的应力而增加截面不会有助于提高接触网的适应性。假设同样的截面，在增加沿接触线波传播速度的同时，如式（2）和式（1）可知，增加应力也会减少接触网的弹性。
综上所述，增加接触线应力可改进接触网的各种重要参数以及动态性能。经过长期的运营发现，在运行速度一定的情况下，当接触线张力分别为15KN和21KN时，动态带宽明显减少，当接触线的张力较高时，接触压力的峰值偏低。因此，增加接触线的应力对列车的运行是最适宜的方法。
2、改善接触悬挂弹性的方法
提高分段分相绝缘器、定位点及线岔等处的弹性，是改善接触悬挂性能的工作重点。采用轻型零件以减轻接触悬挂的重量；用弹性链形悬挂替代简单链形悬挂，以使整个接触悬挂的弹性均匀一致；研制高强度的接触线来辅助绳索的张力是改善接触悬挂弹性的重要手段。由于这些办法改进投资高，实现困难，不适合我国现状。基于我国机电接触悬挂的现状，特提出以下措施来改善接触悬挂的性能。
2.1 加大接触线的张力。由于接触线与线索经过磨耗后所能够承受的张力会随之变弱，因此，可以在设计过程中加大承力索与接触线的张力，以此来改善接触悬挂的弹性。并且有数据显示，当在设计过程中，将接触线的设计张力加大50%，接触网的弹性也会随着减小33%。事实证明，加大接触线的张力是改善接触网弹性的有效方法。
2.2 采用带弹性吊弦的接触悬挂。如今，简单链形悬挂型式被大量地运用，但是，此型容易在定位点处产生硬点，导致整个接触网的弹性不均匀，当机电高速行驶时，其电弓离线、拉弧的现象明显。低于10%的非均匀度是高速铁路接触网追求的目标，根据国内外的经验，采用带弹性吊弦的接触悬挂的形式是一种改善接触网性能的有效方法，其支柱处的弹性高于90%，从而使得非均匀度小于10%，所以采用带弹性吊弦的链形悬挂，能够保证整个跨距内的弹性保持均匀。
二、定位装置
1、定位装置自身事故的状况
接触网定位装置的稳定状态与安装质量都将直接影响到接触网运用的稳定性。定位装置中常易出现以下事故，如拉线容易被拉断、磨断或者腐蚀断；没有及时处理定位环或者出现定位线夹紧固螺丝松动的现象，从而导致在振动或者受外力的情况下容易使定位装置脱落；补偿装置状态不良，当温度变化时，某地段的定位器容易沿着线路方向产生偏移，最终导致定位线夹拉脱等现象。
2、故障预防及整改措施
2.1 进行定期检查。在检查定位装置时，重点检查其连接的牢固程度，是否存在变形、裂痕、损坏、磨损等现象，并可通过木槌在定位点敲打，从而判断线夹是否正常，如有裂痕，便会当场断裂。对各部件的检修一定要坚持标准化工艺作业。
2.2 进行整体更换。由于决定位装置存在隐形裂纹、变形等诸多损坏现象，在检修过程中却没有及时发现与处理，从而易导致事故隐患，其后果不堪设想。所以应采用新材料设备对定位器进行定期的批量整体更换，以防止弓网事故的发生。
2.3 选择可靠的材料和进货渠道，杜绝三无产品。用来制作尾部拉线的铁线应无锈蚀接头、镀锌良好、无空心等情况。定位线夹、定位器应无裂痕、无变形，需要整体配套。制作过程中要在各部螺栓中添加防松垫片，需无滑丝现象等。及时检修定位器的电连接器，并增设电连接器的安装双线夹，从而增加线索与线夹的截流面，防止其过热现象的产生。
三、结语
接触网是一种特殊的输电线路，其性能关系着机车的运输能力与安全。本文通过对接触网各部分的认识与现存问题的分析，提出改善接触网性能的一些措施，希望能够提高接触网的安全可靠性与运行品质，为正在进行的大规模地铁建设提供有利的帮助，从而促进城际轨道的飞速发展。