电气化铁路接触网技术改造研究

时间：2024-04-24

沈希军

中铁十二局集团电气化工程有限公司，天津 300308

近年来，我国铁路部门采取了很多有力的措施，使列车的运行速度得到不断提高。高速铁路大多数都采用电力牵引方式，作为牵引供电系统的主体——接触网，其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量，最终影响列车的运行速度与安全。当列车的速度达到一定程度时，对于如何保证良好的弓网关系，减少钻弓、打弓以及大离线等问题的解决，就变得非常重要了。我国已经经历过多次大提速，其中，接触网改造施工是一个重要的环节，下面就接触网改造技术提出几点看法。

1 我国电气化铁路接触网技术中存在的问题

1.1 关于接触网的高张力问题

世界上第一个采用新型高张力悬挂的是日本国铁山阳新干线。高张力悬挂的接触线，承力索于其他的同类悬挂相比，其张力要高一些。基本理论中曾经提到，一根两端加有张力的金属线，其张力越大，它的刚度也越大。接触网的悬挂类型根据有无承力索分为简单悬挂和链型悬挂，链型悬挂根据悬挂承力索数量分为单链悬挂和复链悬挂。单链形悬挂较为复杂一些，除跨距两段附近的中间部分，在一定程度下也是可以看作是一条两端悬挂点具有张力的金属链，它的张力越大，刚度也就随之加强。在受电弓抬升力作用下，高张力悬挂的振幅并不是很大，这就使得高张力悬挂的受流保持在一个良好的状态。这条铁路线的运营表明，在电力机车高速运营时，运用高张力悬挂技术的铁路接触网振动很小，也很稳定，抬升量也比其他的铁路干线要小一些。即使受到强风干扰，它的偏移程度也不是很大。

1.2 关于接触网的预弛度问题

电力机车受电弓受流性能受接触网预弛度的影响非常严重，有国家曾经进行过一个预弛度单链型悬挂的电力机车高速运行实验，实验结果表明，预弛度单链型悬挂相比于普通的单链形悬挂，机车高速运行，就接触线的抬升度而言，预弛度单链型悬挂要比普通型的单链形悬挂要小得多。在一定的跨度内，预弛度单链型悬挂的抬升量也比较均匀，支柱支持点和跨距中央抬升量相差很小。也有实验表明，在设立预设度的情况下，接触线的张力会适量地增大，所以，在机车高速单弓运行的情况下，接触网的受流状况仍然可以保持良好。其实我国电气化铁路目前大范围使用的普通单链型悬挂与预弛度单链型悬挂原理基本相同。

1.3 接触网零部件分流严重

在接触网中，电气连接部件越多、导电性能越好，接触网零部件的分流就会越小。但是，就算电气连接部件数量再多、导电性能再好，也不可能把其他零部件的分流减为零。接触网零部件分流是必然的，因此，不能将接触网零部件的分流问题都归到电气连接不良方面。在进行接触网供电的日常检修过程中，就算周围电气的连接性能比较好，也发现许多吊弦会变得乌黑。这些吊弦本身并不会受到锈蚀，但在对导高进行调整的过程中，夹在接触线吊弦线夹内的线索回头弯曲处常常被折断，而线索与接触线吊弦线夹内挂口相接触的弯曲面上面会有一部分出现星红褐色，并且在上面会有窝状麻点出现，而且，特别是在大坡道区段这种现象尤为明显。而这种现象就是吊弦分流所引起的。

2 解决上述问题的办法

2.1 适当提高张力

如今，接触网的结构已开始逐渐采用双链型悬挂以及多链型结构，张力自助调整装置已经安装到包括辅助索在内的各个承力索导线中，这样就可以保证承力索的张力稳定。同时，温度也是影响张力的一大因素，对于这个问题可以采用一般的滑轮组式坠砣补偿装置解决，也可以采用其他，如弹簧式补偿装置以及随温度变化的液压张力装置等方式解决。张力的变化会极大地影响到线索弛度，尤其是当列车高速运行时，张力变化对于受电弓取流的影响是很不好的。如何将振动减小到极限是现如今在电气化铁路接触网技术中急需解决的问题之一。虽然接触悬挂的稳定性可以通过增加张力提高，但一旦张力过大就会出现问题，第一是成本较高，不划算。第二是受电弓会因为过低的频率振动而离线，得不偿失。因此，张力的提高需要注意以下几个问题：第一，承重索的数量以及接触线的截面积最好不要让它发生改变。第二，锚柱处的支柱、支持结构和器材强度都不要调整，尤其是位于曲线段位的定位器。第三，支持结构的强度不要调整。通过国外以往的实践经验来看，张力的增加不需要太高，因为我国现有的承力索和接触线张力的安全系数都比外国的安全系数要高，所以也没有必要去更换既有设备。

2.2 增加预弛度单链型悬挂，注重吊弦问题

预弛度单链型有两个比较突出的特点，第一，在接触网开始安装架设时，可以有一定目的性的调整吊弦长短来让各个跨度内的接触线呈现出一定的弛垂形状，让其在中央有一定的弛度，但必须按照相关的规定进行调整，而普通的单链让各个跨度内的接触线保持平直即可[1]。第二则是预弛度单链型悬挂的张力比起普通的单链形悬挂要大一些，但也不会高出太多，因为如果张力过大，其经济性反而就会下降。但也正是因为张力的增加程度不大，如果要将普通的单链形悬挂改为预弛度单链型悬挂，很多的相关设备例如支撑物、构件、器材以及基础强度都不需要进行改造和加强就能担负起因为张力而产生的应力[2]。至于普通的单链形悬挂，由于在受电弓抬升力的作用下一个跨度内的受力并不平衡，很容易就会出现问题。过去经常使用在支柱处装设弹性吊弦的方法来解决这个问题，这个方法的原理其实就是增大了支柱的悬挂抬升量，使得整个跨度受力均匀，抬升量才会平衡，而当抬升量平衡之后，电动机车行驶时，受电弓滑板在接触线下就不会有什么振动，这时滑板的行驶轨迹就是一条直线，那么接触悬挂的震动自然而然也就小了[3]。

我国以前受前苏联的影响，总是将接触线设计成水平状态。但随着科技的不断快速发展，前苏联后来在电气化列车接触线的研究中加入了预弛度这一项，但我国却并没有这样做。接触线若呈水平状，受电弓容易受到冲击，使受流条件受到影响。因此，可以在建设接触网前，预先设置一个弧度，使其能够抵消受电弓的抬升量。那么预弧度究竟应该设置成多少呢？从理论上来说，应该是跨中的最大抬升量，但如果具体实践的话，可以吸取一下外国的经验教训，并将其择优应用到我国的设计中来。另外，有国外的研究表明，架设吊弦的重要性甚至要重于弹性的分布，所以最好方式就是采用简单链形悬挂。