接觸網硬點產生的原因及分析

霍一瑞 上海鐵路局徐州供電段

隨著高速鐵路的大發展，列車的安全運行以及速度的提高使我們越來越關注弓網關系，而接觸網硬點正是我們在施工、檢修過程中經常碰到的問題，也是弓網關系中的一大疑難雜癥，接觸網硬點的存在對于弓網的機械和電氣性能都有著很大的影響，而硬點的產生又是多方面原因造成的，據此對接觸網硬點產生的原因以及整治方法提出一些看法和意見。

1 接觸網硬點的定義

硬點是接觸懸掛彈性不均質狀態的統稱。接觸懸掛在硬點處的彈性出現極小值。硬點是接觸網的固有特征。

列車運行時，弓網在硬點部位可能會出現有別于其它地方的升高或降低，弓網間的接觸力、振動速度、振動加速度會出現有別于其它地方的變化。速度越高，變化越明顯。

2 接觸網硬點的危害

接觸網硬點的危害主要分為兩大部分，一是機械傷害，二是電弧傷害。下面對這兩種危害分別進行描述。

2.1 機械傷害

由于電力機車受電弓在經過接觸網硬點部位時會表現不正常升高（或降低），發生受電弓與接觸線的碰撞會導致接觸導線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害，如果硬點出現在跨距兩端的定位點、元件式分相或分段接頭、電連接線夾處等位置甚至出現撞弓、碰弓現象，也就是常說的"打弓"，就會對設備造成重大傷害。

2.2 電弧傷害

接觸網硬點處會造成受電弓離線情況，在這種情況下不僅會影響到牽引電機的正常取流，受電弓在27.5 kV高壓下會造成火花或拉弧從而燒傷接觸線和受電弓，甚至會出現接觸導線燒斷的情況，嚴重影響行車安全。

3 接觸網硬點的產生原因

接觸網硬點產生是多方面的有設計、施工、檢修、重要件的材質、線路質量及其它原因。

3.1 設計產生的原因

評價接觸懸掛的重要指標之一就是彈性均勻，設計之初由于絕緣錨段關節處和分相絕緣錨段關節采用的特型定位器，定位器重量較重且集中，引起定位處的彈性降低；元件式分相、分段接頭處，電連接線夾處，隔離開關、避雷器及上網的電連接重量較重且集中，造成彈性不均勻從而引起受電弓的接觸力突變，造成較大沖擊硬點。

3.2 施工原因

施工過程中主要是在放線這一環節，施工隊伍沒有采用恒張力放線而采用小張力放線施工，或者在放線過后每跨安裝的臨時吊弦過少并且在接觸網安裝調整中人員蹬踏接觸線等造成接觸導線張力不均勻都容易產生硬點。

3.3 檢修原因

在日常接觸網檢修過程中，對于在分相或者分段絕緣器與接觸線連接處過度不平滑、間隙過大而不及時處理或者在定位點處對定位器調整而使抬升量不夠都將造成硬點，巡檢過程中由于測量導高的方法不準確或測量工具誤差過大，導致跨距內接觸線坡度變化過大，當機車受電弓高速通過時，受電弓對接觸線的跟隨性降低，造成沖擊力過大從而形成硬點。還有檢修過程中作業人員素質不高，不遵守接觸網運行檢修的有關規程，腳踏接觸線進行作業，違章蠻干等人為因素，造成接觸線平直度、線面扭曲等影響，也是產生接觸線硬點的原因。這也是接觸網硬點發生的一個重要環節。

3.4 重要件材質原因

隨著高速鐵路的發展，對于接觸線的材質提出了更高的要求，在2002年下半年，秦沈客運專線高速試驗中，鎂銅接觸線導線區段，出現連續火花現象，引起了有關單位的重視，對此進行了多次的研究，并在增加接觸導線張力的情況下進行了試驗，但還是出現了連續的火花，在測試受電弓滑板受到的垂向加速度（硬點）和縱向加速度（沖擊）參數時，銀銅接觸線區段和鎂銅接觸線區段的測試數據和信號波形有明顯的區別。圖1給出了這兩種接觸線交接處硬點和沖擊的波形。

試驗結果充分說明了接觸網波動引起的弓網振動不匹配，這便對接觸網弓網材質的選擇有了要求。在選擇定位器時，有些特型定位器太重也造成接觸網質量集中使接觸導線彈性不均勻造成硬點。

圖1 銀銅導線和鎂銅導線交接處硬點波形圖

3.5 線路質量原因

工務線路路基（特別是橋頭處、隧道口處、路塹和路堤連接處、鋼軌接頭處、道床翻漿處、三角坑處）以及抬撥道引起接觸網參數變化，線路晃車造成檢測出硬點。線路的變坡點，特別是正坡直接變成負坡的變坡點，反映在弓網關系上就相當于一個導線變坡點，如果此處正好是接觸導線的變坡點那就可能出現很強烈的硬點。線路道床質量對受電弓與接觸網的接觸力影響很大，如道床的彈性系數、振動周期、及各種病害等，對接觸網運行影響很大，由于機車或線路產生的硬點具有較大的隨機性，因此在現場檢查維護過程中很難被發現。在機車的運行取流過程中，運行的受電弓與架空式的接觸網之間進行的相互作用、相互匹配非常復雜，影響受流質量的主要參數有靜態接觸壓力、動態接觸壓力、受電弓振動頻率、接觸網振動頻率、機車運行速度等。影響接觸硬點的因素也很多，除機車車速、加速度以外，如受電弓的彈性系數、受電弓歸算到接觸導線上的質量等能影響到接觸硬點。與機車有關的接觸網方面的懸掛彈性系數（接觸懸掛張力、接觸網跨距、接觸懸掛導線及承力索單位長度重量、接觸懸掛結構型式等都影響到接觸懸掛彈性系數）；接觸網的振動頻率、周期等。

硬點是一個通俗的、大眾化的說法，它是指引起受電弓運行狀態瞬間改變的各類因素的總稱，這些因素中有接觸網方面的，有線路方面的，也有空氣流方面的，它是多種因素綜合作用于弓網受流系統的最終反映。

目前，人們對"硬點"的認識還存在誤區，大家比較注意接觸線方面的內容，這是正確的，但我們更應充分認識到"硬點"的復雜性和多樣性。

4 懸掛硬點測量

（1）在弓網高速運動滑動取流的過程中，受電弓會產生三個方向上的振動，即上下（鉛錘方向）、前后（順線路方向）及左右（橫線路方向），上下方向稱為振動，前后方向稱為沖擊，左右方向稱為擺動。當滑動取流過程中遇到懸掛硬點，會造成受電弓運動加速度的突變，主要表現為振動和沖擊加速度的突變。

在受電弓弓頭上安裝兩個不同方向的加速度傳感器，分別測量弓頭的振動和沖擊加速度，根據加速度的變化來判斷懸掛硬點。由于對同樣性質的硬點，在不同速度時對受電弓的影響是不同的。在其它條件相同情況下，列車運行速度越高，受電弓在相同硬點處受到的影響也就越大。因此，判斷硬點應考慮列車運行速度因素。

（2）車體振動補償檢測。

檢測車在運行過程中會出現各種形式的振動，這些振動會使車體產生相對于線路中心線的水平位移和相對于軌面的垂直位移，導致接觸線與受電弓之間的相對位置受到影響。弓網幾何參數檢測結果是動態值，而檢調時人工測量的結果為靜態值。動態檢測結果與靜態值之間的差主要由車體的振動位移引起。將車體振動位移量折算到受電弓上，再與動態檢測結果疊加就能得到弓網幾何參數的靜態值。

車體振動位移檢測原理如圖2：

圖2 車體振動位移檢測

兩個激光雷達以車體中心線為中心對稱安裝在車體底盤上，激光雷達中心相距為l，兩個激光雷達分別向下掃描兩側的鋼軌斷面輪廓，通過識別算法，確定兩側鋼軌內沿點距激光雷達的距離分別為 d1,d2,掃描角度分別為 α1，α2，則車體相對于線路中心線的偏移為：

相對于軌平面的垂直位移為：

設測得動態拉出值為a，接觸線高度為h,激光雷達安裝高度為h0，則補償后的該靜態拉出值為：

5 接觸網硬點的整治

就目前的弓網結構和實際運行來看，幾乎不可能從根本上消滅硬點，只能將其減小到允許范圍內。硬點的整治工作有以下幾個方面：

（1）加強定位處調整使其彈性良好，無集中載荷，無硬點，不影響受電弓高速通過。

合理設置和調整限位定位器間隙是安裝使用限位定位器的關鍵。為防止因受電弓過度抬升造成打弓，采用限位定位器。限位大小取決于限位間隙，限位間隙過大導致定位器坡度偏大；限位間隙過小導致定位器坡度偏小，在允許的抬升量內限位功能也會起限制作用。因此，無論過大還是過小，定位點處均會出現硬點，導致該點處弓網磨損加劇。

（2）加強對動檢車檢測出的硬點數值大、數值突變、數據重疊性強、一跨內導線高差大于150 mm及新線（既有線）剛施工完的區段為重點的導高調整。根據檢測車提供的硬點數據，現場確定硬點所在的位置范圍并利用接觸網激光在檢測車測出硬點的公里標前后測量查找，特別是一跨內各吊弦點、定位點、線夾集中載荷處 (含錨段關節、線岔過渡點)接觸線的導高。

（3）在接觸網架設過程中為保證導線平直和良好的弓網受流質量，接觸線必須實行恒張力架線。恒張力放線：按照事先給定的張力（我國還沒有明確的技術標準、有的采用5 kN，有的采用12 kN，誤差控制在±5%以內）以恒定的速度（3~5 km/h）進行放線作業。

恒張力放線的技術要求：

①操作人員必須接受技術培訓，持證上崗。

②必須嚴格遵守相關規定。

③提前排除架線錨段內的施工障礙。做好特殊地段腕臂和支柱的加固工作。

④根據線材規格選用相應材質、型號的放線滑輪和s鉤滑輪。

⑤架線張力大小應根據導線的硬度、彈性和線路的曲線半徑等因素決定。

⑥架線車組的速度一般在3~5 km/h范圍內。

⑦緊線時應用力均勻，避免產生沖擊性破壞。

恒張力放線對施工設備的基本要求：

①車組制動方式、限界、控制方式等項目符合"鐵路技術管理規程"及其它現行相關技術標準、規程、規范的要求。

②車組為定型產品，功能齊全，性能先進、穩定、自動化程度高。

③車組放線張力可在3~30 kN范圍內選擇，能滿足各類銅合金、鋁合金等導線放線張力要求，架線時張力恒定，變化范圍：靜態張力誤差±1%，動態張力誤差±5%（包括車組起動和制動過程）。

④車組放線時對導線無損傷，施工效率有大幅度的提高。

⑤車組的維護周期長，日常維護工作少而簡單。零配件易于購買。

架設前應檢查放線架的線軸直徑是否與線盤的軸孔匹配，以免間隙過大放線后產生硬彎。

架線車的線盤必須采用液壓制動，起（下）錨時應緩慢地加（減）速，架線過程中應勻速行駛并保持恒定，應在每個跨距內均勻懸掛3個以上s鉤滑輪。

架設張力應根據架線施工機械的性能、接觸線的材質、加工制造工藝(如接觸線向線盤卷繞的張力、拉拔力)、接觸線下錨設計額定張力等確定，不得小于工廠的繞線張力，否則容易產生硬彎。

架線車性能允許時，宜采用較大張力乃至額定張力架設，并制定和落實相應的安全措施。

（4）在平時的檢修工作中，除了針對動檢車檢測出的硬點外還要注重因接觸網維修工作而產生的接觸懸掛中的某些質量集中點?？梢圆捎猛ㄟ^調整原吊弦布置位置和適當采用增加吊弦的方法，改善接觸網整體彈性性能，消除接觸網硬點。對于墜砣處可以用手輕托觀察是否有卡制現象。在檢修分段（分相）絕緣器時可以采用水平尺滑動的方法檢測導線連接處過度是否平滑。