接触网硬点产生的原因及分析

霍一瑞 上海铁路局徐州供电段

随着高速铁路的大发展，列车的安全运行以及速度的提高使我们越来越关注弓网关系，而接触网硬点正是我们在施工、检修过程中经常碰到的问题，也是弓网关系中的一大疑难杂症，接触网硬点的存在对于弓网的机械和电气性能都有着很大的影响，而硬点的产生又是多方面原因造成的，据此对接触网硬点产生的原因以及整治方法提出一些看法和意见。

1 接触网硬点的定义

硬点是接触悬挂弹性不均质状态的统称。接触悬挂在硬点处的弹性出现极小值。硬点是接触网的固有特征。

列车运行时，弓网在硬点部位可能会出现有别于其它地方的升高或降低，弓网间的接触力、振动速度、振动加速度会出现有别于其它地方的变化。速度越高，变化越明显。

2 接触网硬点的危害

接触网硬点的危害主要分为两大部分，一是机械伤害，二是电弧伤害。下面对这两种危害分别进行描述。

2.1 机械伤害

由于电力机车受电弓在经过接触网硬点部位时会表现不正常升高（或降低），发生受电弓与接触线的碰撞会导致接触导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害，如果硬点出现在跨距两端的定位点、元件式分相或分段接头、电连接线夹处等位置甚至出现撞弓、碰弓现象，也就是常说的"打弓"，就会对设备造成重大伤害。

2.2 电弧伤害

接触网硬点处会造成受电弓离线情况，在这种情况下不仅会影响到牵引电机的正常取流，受电弓在27.5 kV高压下会造成火花或拉弧从而烧伤接触线和受电弓，甚至会出现接触导线烧断的情况，严重影响行车安全。

3 接触网硬点的产生原因

接触网硬点产生是多方面的有设计、施工、检修、重要件的材质、线路质量及其它原因。

3.1 设计产生的原因

评价接触悬挂的重要指标之一就是弹性均匀，设计之初由于绝缘锚段关节处和分相绝缘锚段关节采用的特型定位器，定位器重量较重且集中，引起定位处的弹性降低；元件式分相、分段接头处，电连接线夹处，隔离开关、避雷器及上网的电连接重量较重且集中，造成弹性不均匀从而引起受电弓的接触力突变，造成较大冲击硬点。

3.2 施工原因

施工过程中主要是在放线这一环节，施工队伍没有采用恒张力放线而采用小张力放线施工，或者在放线过后每跨安装的临时吊弦过少并且在接触网安装调整中人员蹬踏接触线等造成接触导线张力不均匀都容易产生硬点。

3.3 检修原因

在日常接触网检修过程中，对于在分相或者分段绝缘器与接触线连接处过度不平滑、间隙过大而不及时处理或者在定位点处对定位器调整而使抬升量不够都将造成硬点，巡检过程中由于测量导高的方法不准确或测量工具误差过大，导致跨距内接触线坡度变化过大，当机车受电弓高速通过时，受电弓对接触线的跟随性降低，造成冲击力过大从而形成硬点。还有检修过程中作业人员素质不高，不遵守接触网运行检修的有关规程，脚踏接触线进行作业，违章蛮干等人为因素，造成接触线平直度、线面扭曲等影响，也是产生接触线硬点的原因。这也是接触网硬点发生的一个重要环节。

3.4 重要件材质原因

随着高速铁路的发展，对于接触线的材质提出了更高的要求，在2002年下半年，秦沈客运专线高速试验中，镁铜接触线导线区段，出现连续火花现象，引起了有关单位的重视，对此进行了多次的研究，并在增加接触导线张力的情况下进行了试验，但还是出现了连续的火花，在测试受电弓滑板受到的垂向加速度（硬点）和纵向加速度（冲击）参数时，银铜接触线区段和镁铜接触线区段的测试数据和信号波形有明显的区别。图1给出了这两种接触线交接处硬点和冲击的波形。

试验结果充分说明了接触网波动引起的弓网振动不匹配，这便对接触网弓网材质的选择有了要求。在选择定位器时，有些特型定位器太重也造成接触网质量集中使接触导线弹性不均匀造成硬点。

图1 银铜导线和镁铜导线交接处硬点波形图

3.5 线路质量原因

工务线路路基（特别是桥头处、隧道口处、路堑和路堤连接处、钢轨接头处、道床翻浆处、三角坑处）以及抬拨道引起接触网参数变化，线路晃车造成检测出硬点。线路的变坡点，特别是正坡直接变成负坡的变坡点，反映在弓网关系上就相当于一个导线变坡点，如果此处正好是接触导线的变坡点那就可能出现很强烈的硬点。线路道床质量对受电弓与接触网的接触力影响很大，如道床的弹性系数、振动周期、及各种病害等，对接触网运行影响很大，由于机车或线路产生的硬点具有较大的随机性，因此在现场检查维护过程中很难被发现。在机车的运行取流过程中，运行的受电弓与架空式的接触网之间进行的相互作用、相互匹配非常复杂，影响受流质量的主要参数有静态接触压力、动态接触压力、受电弓振动频率、接触网振动频率、机车运行速度等。影响接触硬点的因素也很多，除机车车速、加速度以外，如受电弓的弹性系数、受电弓归算到接触导线上的质量等能影响到接触硬点。与机车有关的接触网方面的悬挂弹性系数（接触悬挂张力、接触网跨距、接触悬挂导线及承力索单位长度重量、接触悬挂结构型式等都影响到接触悬挂弹性系数）；接触网的振动频率、周期等。

硬点是一个通俗的、大众化的说法，它是指引起受电弓运行状态瞬间改变的各类因素的总称，这些因素中有接触网方面的，有线路方面的，也有空气流方面的，它是多种因素综合作用于弓网受流系统的最终反映。

目前，人们对"硬点"的认识还存在误区，大家比较注意接触线方面的内容，这是正确的，但我们更应充分认识到"硬点"的复杂性和多样性。

4 悬挂硬点测量

（1）在弓网高速运动滑动取流的过程中，受电弓会产生三个方向上的振动，即上下（铅锤方向）、前后（顺线路方向）及左右（横线路方向），上下方向称为振动，前后方向称为冲击，左右方向称为摆动。当滑动取流过程中遇到悬挂硬点，会造成受电弓运动加速度的突变，主要表现为振动和冲击加速度的突变。

在受电弓弓头上安装两个不同方向的加速度传感器，分别测量弓头的振动和冲击加速度，根据加速度的变化来判断悬挂硬点。由于对同样性质的硬点，在不同速度时对受电弓的影响是不同的。在其它条件相同情况下，列车运行速度越高，受电弓在相同硬点处受到的影响也就越大。因此，判断硬点应考虑列车运行速度因素。

（2）车体振动补偿检测。

检测车在运行过程中会出现各种形式的振动，这些振动会使车体产生相对于线路中心线的水平位移和相对于轨面的垂直位移，导致接触线与受电弓之间的相对位置受到影响。弓网几何参数检测结果是动态值，而检调时人工测量的结果为静态值。动态检测结果与静态值之间的差主要由车体的振动位移引起。将车体振动位移量折算到受电弓上，再与动态检测结果叠加就能得到弓网几何参数的静态值。

车体振动位移检测原理如图2：

图2 车体振动位移检测

两个激光雷达以车体中心线为中心对称安装在车体底盘上，激光雷达中心相距为l，两个激光雷达分别向下扫描两侧的钢轨断面轮廓，通过识别算法，确定两侧钢轨内沿点距激光雷达的距离分别为 d1,d2,扫描角度分别为 α1，α2，则车体相对于线路中心线的偏移为：

相对于轨平面的垂直位移为：

设测得动态拉出值为a，接触线高度为h,激光雷达安装高度为h0，则补偿后的该静态拉出值为：

5 接触网硬点的整治

就目前的弓网结构和实际运行来看，几乎不可能从根本上消灭硬点，只能将其减小到允许范围内。硬点的整治工作有以下几个方面：

（1）加强定位处调整使其弹性良好，无集中载荷，无硬点，不影响受电弓高速通过。

合理设置和调整限位定位器间隙是安装使用限位定位器的关键。为防止因受电弓过度抬升造成打弓，采用限位定位器。限位大小取决于限位间隙，限位间隙过大导致定位器坡度偏大；限位间隙过小导致定位器坡度偏小，在允许的抬升量内限位功能也会起限制作用。因此，无论过大还是过小，定位点处均会出现硬点，导致该点处弓网磨损加剧。

（2）加强对动检车检测出的硬点数值大、数值突变、数据重叠性强、一跨内导线高差大于150 mm及新线（既有线）刚施工完的区段为重点的导高调整。根据检测车提供的硬点数据，现场确定硬点所在的位置范围并利用接触网激光在检测车测出硬点的公里标前后测量查找，特别是一跨内各吊弦点、定位点、线夹集中载荷处 (含锚段关节、线岔过渡点)接触线的导高。

（3）在接触网架设过程中为保证导线平直和良好的弓网受流质量，接触线必须实行恒张力架线。恒张力放线：按照事先给定的张力（我国还没有明确的技术标准、有的采用5 kN，有的采用12 kN，误差控制在±5%以内）以恒定的速度（3~5 km/h）进行放线作业。

恒张力放线的技术要求：

①操作人员必须接受技术培训，持证上岗。

②必须严格遵守相关规定。

③提前排除架线锚段内的施工障碍。做好特殊地段腕臂和支柱的加固工作。

④根据线材规格选用相应材质、型号的放线滑轮和s钩滑轮。

⑤架线张力大小应根据导线的硬度、弹性和线路的曲线半径等因素决定。

⑥架线车组的速度一般在3~5 km/h范围内。

⑦紧线时应用力均匀，避免产生冲击性破坏。

恒张力放线对施工设备的基本要求：

①车组制动方式、限界、控制方式等项目符合"铁路技术管理规程"及其它现行相关技术标准、规程、规范的要求。

②车组为定型产品，功能齐全，性能先进、稳定、自动化程度高。

③车组放线张力可在3~30 kN范围内选择，能满足各类铜合金、铝合金等导线放线张力要求，架线时张力恒定，变化范围：静态张力误差±1%，动态张力误差±5%（包括车组起动和制动过程）。

④车组放线时对导线无损伤，施工效率有大幅度的提高。

⑤车组的维护周期长，日常维护工作少而简单。零配件易于购买。

架设前应检查放线架的线轴直径是否与线盘的轴孔匹配，以免间隙过大放线后产生硬弯。

架线车的线盘必须采用液压制动，起（下）锚时应缓慢地加（减）速，架线过程中应匀速行驶并保持恒定，应在每个跨距内均匀悬挂3个以上s钩滑轮。

架设张力应根据架线施工机械的性能、接触线的材质、加工制造工艺(如接触线向线盘卷绕的张力、拉拔力)、接触线下锚设计额定张力等确定，不得小于工厂的绕线张力，否则容易产生硬弯。

架线车性能允许时，宜采用较大张力乃至额定张力架设，并制定和落实相应的安全措施。

（4）在平时的检修工作中，除了针对动检车检测出的硬点外还要注重因接触网维修工作而产生的接触悬挂中的某些质量集中点。可以采用通过调整原吊弦布置位置和适当采用增加吊弦的方法，改善接触网整体弹性性能，消除接触网硬点。对于坠砣处可以用手轻托观察是否有卡制现象。在检修分段（分相）绝缘器时可以采用水平尺滑动的方法检测导线连接处过度是否平滑。