浅谈电气化铁路接触网弹性的改善与应用

李青强

摘要：接触网的弹性在整个电气化铁路牵引供电系统中起着重要的作用。本文根据接触网的性能和特点，介绍了改善接触悬挂弹性的一些措施，并以横沥至东莞间的工程为例，阐述了改善接触网弹性的两点措施，在延长了接触网使用寿命的同时还提高了列车的运行速度。

关键词：接触网；弹性；接触悬挂；改进措施

中图分类号：TM922.5

引言

我国铁路发展的最终目标是实现铁路电气化。接触网作为电气化铁路牵引供电系统的主体，其性能的好坏直接影响到电力机车受电弓的受流质量。而接触网的弹性在其中起着重要的作用，不仅关系到电气化铁道的运输能力，还极大地影响着列车的运行速度和安全。因此，探讨如何改善接触网的弹性，并延长接触网的使用寿命任重而道远。

1.接触网性能及特点

接触网在电力机车中最重要的任务就是输送电能，它能将从牵引变电得到的电能直接输送到电力机车，供其使用。接触网的主要特点体现在特殊性上，通常情况下接触网都是设置在露天环境中，容易受到气候变化的影响。接触网具有无备用性，这就决定了它自身的脆弱性和重要性。此外，接触网还具有机电复合性、负荷不确定性以及负荷移动性的特点。所有的这些特殊性，都直接或间接地影响到接触网的使用性能，造成接触网故障频发和复杂。接触网的主要组成部分包括接触悬挂、支持装置、支柱以及电连接等，它是沿铁路线上空架设，并向电力机车供电的特殊输电线路。因此，接触网的性能好坏直接影响到电气化铁路的运输能力，而改善接触网的弹性，使其发生故障率减小可以在一定程度上延长接触网的使用寿命，保障铁路运输的稳定和安全。

2.接触网弹性与使用寿命

通常，衡量接触悬挂结构性能优劣的重要标志之一就是接触网悬挂的弹性。接触网弹性指的是单位受电弓压力作用于接触网悬挂中的某一点时，每单位垂直力使接触导线抬高的程度。所以，在电力机车高速运行的过程中，会造成受电弓在一定范围里的上下波动。受电弓的上下波动，很容易造成导线的超磨甚至会出现离线拉弧的现象。

接触悬挂的组成部件主要有吊弦、接触线、承力索和一些连接零件。接触悬挂是采用支持装置（支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其他建筑物）架设在支柱上的。它能将从牵引变电得到的电能直接输送到电力机车，为电力机车提供电能。支持装置并不是一成不变的，它会根据接触网所在环境的变化（如区间、站场和大型建筑物）而有所不同。通常情况下，支持装置主要包含以下几个部分：腕臂、悬式绝缘子串、棒式绝缘子、水平拉杆以及一些特殊的支持设备。定位装置由定位器和定位管两部分组成。定位装置起到固定接触线位置的作用，保证了接触线能始终在受电弓滑板的轨迹范围内运行而不相互脱离。此外，定位装置还能将接触线的水平负荷传给支柱。支柱与基础的作用体现在两方面，不仅能将接触悬挂固定在指定的高度和位置上，还能承受接触悬挂和支持定位装置所施以的全部负荷。

接触网弹性的不均匀会影响到受电弓的取流，使得接触线的磨耗不正常。此外，还会导致接触线与受电弓之间产生拉弧以及接触线被烧坏的情况。所有这些故障，都会影响到接触网的性能，并减小接触网的使用寿命。

3.改善接触网弹性的措施

衡量接触悬挂弹性的标准主要体现在两个方面：弹性的大小（取决于接触线的张力）和弹性的均匀程度（取决于接触悬挂的结构）。要使得受电弓能够高质量地取流，就要保证接触悬挂具有良好的弹性。通过对影响悬挂弹性的相关设备采取一定的改进措施，可以有效地改善接触网弹性，从而提高电力机车的运行速度。

改善接触悬挂弹性及取流的措施如下：①从受电弓的结构上进行研究和改进，使受电弓对接触线的压力不受受电弓的变化而影响。②使得受电弓沿接触线滑行的轨迹尽量接近水平直线，这就需要尽量减小接触线的驰度，从而改善接触悬挂的弹性。在采取实际的改善接触悬挂弹性措施时，应尽可能地保持全线接触悬挂的弹性均匀，并侧重于提高分段分相、定位点、线岔以及绝缘器等部位的弹性。③通过改善张力自动补偿装置来保证悬挂中线索的恒定张力，以此来改善接触悬挂弹性。④采用轻型零件来减轻接触悬挂（尤其是接触线上）的集中重量。⑤通过研制新型高强度的接触线以提高接触线和辅助绳索的张力来改善接触悬挂的弹性等。

4.工程案例分析

4.1工程概况

广深四线横沥至东莞间的接触线采用的是型号为TCG110的铜接触线，承力索采用的型号是THJ95，并采用全补偿简单链型悬挂方式。简单链型悬挂式是一种结构简单、造价低廉、性能良好、运行稳定、容易检修的悬挂形式。目前，它在国内的电气化铁道中运用广泛。选取其中的杆号1—101，可得各跨距的取值，如下表1所示。

表1 接触线无磨损及磨损20%的情况下，各跨距的弹性均匀度

然后，将这跨距分为6段来计算其弹性均匀度。弹性均匀度主要取决于悬挂机构、悬挂类型和某些附在接触线上的集中负载的集中程度。弹性均匀度的计算公式如下： ，其中 和 分别表示在跨距内的最大和最小弹性。设置如下计算条件：承力索型号是THJ95，故额定张力取20kN；接触线型号是TCG110，故初始张力取11kN（不考虑磨耗情况）。以上述设置条件进行计算，可得各长度跨距的弹性均匀度如表1中所示。不同的跨距长度下，各接触线的弹性均匀度基本相同，再结合表2中的接触网弹性均匀度与速度的规格比较，可判断出当前路段横沥至东莞间接触网机车的安全速度为200km/h内。

表2 接触网弹性均匀度与速度的规格

新的行规（TB10009—2005）中，对磨耗和张力的规定如下：铜或铜合金的接触线，在最大允许磨耗面积20%情况下的强度安全系数应该在2.0之上。考虑到实际的接触线磨损情况，设置接触线的张力为10.5kN，并计算各跨距接触线的弹性均匀度，结果如上表1中所示。从表1中的数据可以看出，横沥至东莞段接触线有磨耗以及磨耗不超过20%的情况下接触网的弹性均匀度变化不大，对列车的速度几乎没有影响。

4.2改进措施

由上述可知，影响接触悬挂弹性大小的因素主要是接触线的张力以及弹性均匀程度。而从众多的改善接触网弹性的措施中选取符合该路段工程情况的措施至关重要。针对当前接触悬挂的现状，采取了以下两种措施来改善接触悬挂的弹性，延长了接触网的使用寿命，并提高了电力机车的运行速度。

（1）采用带弹性吊弦的接触悬挂

由于横沥至东莞间的接触网采用的是简单链型悬挂形式，该悬挂形式有如下缺点：①容易在定位点处产生硬点；②受电弓在跨中和定位点处的导线抬高量相差比较大；③跨距内接触网弹性不均匀；④机车在高速行驶时，受电弓容易出现离线和拉弧的现象。此外，资料显示采用简单链型悬挂弹性的非均匀度（25%之上）大于高速铁路的弹性非均匀度标准（10%）。因此，决定采用带弹性吊弦的接触悬挂来改善接触网弹性。这种形式的技术和经验都较为成熟，尤其在电气化水平较高的国家中应用比较广泛。这种悬挂形式在支柱处的弹性可达到跨中的90%，所以使得其非均匀度低于10%，达到我国高速铁路接触网非均匀度的标准。通过将弹性吊弦的接触悬挂形式取代原有的简单链型悬挂形式，很好地改善了弹性的非均匀度，使得该区段的跨距内弹性相对均匀。由此，减小了接触网的故障，并使得列车速度提高到了260km/h。

（2）增加接触线的张力

考虑到该区段的现状，线索的安全系数和接触线经磨耗后所能承受的张力会减小，可以采取一定的措施来适当地增加接触线和承力索的设计张力。比如，接触线的张力提高到15kN，并且承力索的张力也提高到25kN时，接触网的弹性减小幅度达22.5%。由此可见，增大接触线的张力可以有效地减小接触悬挂的弹性。接触网弹性的减小，正是机车能够提速的原因，在减少故障的同时，也就延长了接触网的使用寿命，进而保障机车稳定和安全的运行。

5.结束语

接触网是一种特殊的供电线路，接触网的弹性影响着其实际的使用寿命，也影响到铁路列车的运行速度。本文通过对接触网弹性和改善弹性措施的探讨，希望能提高接触网的使用寿命、运行品质以及安全可靠性。以实际工程为例，对改善接触网弹性具有一定的参考作用。

参考文献

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[2] 王洪林．接触网的弹性计算[D]．成都：西南交通大学，2009．

[3] 王志雄．浅谈提高接触网性能的措施[J]．今日科苑，2009．7,36—38．

[4] 吉鹏霄．接触网[M]．北京：化学工业出版社，2006．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。