劉會(huì)平

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所， 北京 100081)

接觸網(wǎng)是高速鐵路動(dòng)車(chē)組獲取電能的關(guān)鍵設(shè)備，因此其質(zhì)量直接影響到受電弓的受流性能和安全性能，最終影響到列車(chē)的運(yùn)營(yíng)秩序，目前對(duì)接觸網(wǎng)采取了不同的方式進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的參數(shù)包括接觸網(wǎng)幾何、平順性、受流性能等，這些參數(shù)的檢測(cè)數(shù)值為接觸網(wǎng)單項(xiàng)參數(shù)缺陷維修提供了數(shù)據(jù)支持，但在接觸網(wǎng)區(qū)段綜合評(píng)估方面還沒(méi)有一個(gè)有效的評(píng)估方法，無(wú)法對(duì)接觸網(wǎng)的綜合質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，目前迫切需要建立一套接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，以便對(duì)不同區(qū)段接觸網(wǎng)的優(yōu)劣進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，為高鐵接觸網(wǎng)維護(hù)檢修和安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支撐。

1 接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)需要建立在對(duì)接觸網(wǎng)各種類型參數(shù)檢測(cè)基礎(chǔ)上，通過(guò)確定影響接觸網(wǎng)質(zhì)量的參數(shù)，對(duì)各種檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行分類，分析其對(duì)接觸網(wǎng)質(zhì)量的影響規(guī)律，提出不同參數(shù)如接觸力、硬點(diǎn)、燃弧、燃弧率、高差的合理評(píng)價(jià)方法。

目前，對(duì)接觸網(wǎng)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為3類，第1類是對(duì)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，該指標(biāo)是反映接觸線相對(duì)于軌平面的位置，幾何參數(shù)主要包括接觸線拉出值和接觸線高度，此類參數(shù)是影響接觸網(wǎng)安全性指標(biāo)。第2類為接觸線平順性參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，該指標(biāo)是對(duì)接觸網(wǎng)局部彈性不均勻或者有硬彎的位置進(jìn)行評(píng)價(jià)，平順性參數(shù)主要包括硬點(diǎn)、沖擊、接觸網(wǎng)高差等。第3類為弓網(wǎng)受流性能參數(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)通過(guò)帶有弓網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備的動(dòng)車(chē)組獲取，受流參數(shù)主要包括弓網(wǎng)接觸力、弓網(wǎng)燃弧等。該參數(shù)直接反應(yīng)了弓網(wǎng)受流匹配性能。

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法描述一個(gè)區(qū)段內(nèi)接觸網(wǎng)整體質(zhì)量狀態(tài)的綜合指標(biāo)，是接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、動(dòng)態(tài)受流參數(shù)(接觸力、燃弧、接觸網(wǎng)抬升量)及接觸網(wǎng)不平順參數(shù)(接觸網(wǎng)高差、硬點(diǎn))依據(jù)一定的統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行綜合分析，該值的大小與接觸網(wǎng)質(zhì)量狀態(tài)密切相關(guān)，其能綜合評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)整體質(zhì)量，提高接觸網(wǎng)維修的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性。

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)是屬于多指標(biāo)(或多因素)的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，要通過(guò)建立合適的綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型將多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合成為一個(gè)整體的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，作為綜合評(píng)價(jià)的依據(jù)，從而得到相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果。為方便計(jì)算，一般采用一個(gè)跨距為統(tǒng)計(jì)步長(zhǎng)，1正線公里為評(píng)價(jià)單位進(jìn)行，根據(jù)多種參數(shù)在評(píng)價(jià)單位內(nèi)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比后根據(jù)所處的缺陷等級(jí)進(jìn)行分類，然后根據(jù)不同參數(shù)在所處缺陷等級(jí)的扣分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算該公里總體得分情況，每種參數(shù)均設(shè)置一級(jí)超限和二級(jí)超限2種閾值。一級(jí)缺陷根據(jù)對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的影響程度扣5分～40分不等，二級(jí)缺陷根據(jù)對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的影響程度扣1分至5分不等。通過(guò)得分來(lái)評(píng)價(jià)其整體質(zhì)量(總分按照100分計(jì)算)。綜合評(píng)價(jià)一般以檢測(cè)的一段區(qū)間線路為評(píng)價(jià)單元，在此區(qū)間內(nèi)按照每公里得分?jǐn)?shù)考核接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)質(zhì)量，根據(jù)得分分?jǐn)?shù)分為優(yōu)良、合格、不合格3類?？偟梅衷O(shè)為Q，Q≥90為優(yōu)良，60≤Q<90為合格，Q<60為不合格。

區(qū)段某參數(shù)1公里按照一個(gè)跨距進(jìn)行測(cè)量的統(tǒng)計(jì)值為(N1,N2……Nn)根據(jù)其與標(biāo)準(zhǔn)比較后定義相應(yīng)的缺陷等級(jí)，不同缺陷等級(jí)定義相對(duì)應(yīng)的扣分權(quán)重系數(shù)(K1,K2……Kn)，通過(guò)累計(jì)扣分情況則可以反應(yīng)該參數(shù)在該段的整體扣分情況。通過(guò)該區(qū)段內(nèi)所獲取得分?jǐn)?shù)，可以計(jì)算出區(qū)段內(nèi)優(yōu)良、合格和不合格比率，進(jìn)而全面掌握區(qū)段內(nèi)接觸網(wǎng)質(zhì)量。

根據(jù)現(xiàn)有對(duì)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、平順性參數(shù)和受流參數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別研究其各參數(shù)在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中缺陷等級(jí)及扣分標(biāo)準(zhǔn)。

(1)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，主要包括接觸線高度、拉出值，該參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，尤其是拉出值，由于其直接影響到弓網(wǎng)運(yùn)行安全，對(duì)于≥550 mm的拉出值，則定義為一級(jí)缺陷，扣40分，高度根據(jù)線路不通在其標(biāo)準(zhǔn)值基礎(chǔ)上，對(duì)大于或小于標(biāo)準(zhǔn)值的幅值不同分別扣1分或5分。根據(jù)接觸網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)扣分標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)扣分標(biāo)準(zhǔn)

(2)接觸線平順性參數(shù)

接觸線平順性參數(shù)主要包括硬點(diǎn)(垂向加速度)和一個(gè)跨距內(nèi)接觸線高差，根據(jù)接觸網(wǎng)平順性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，硬點(diǎn)指標(biāo)與速度有相關(guān)性，不同速度等級(jí)的限值指標(biāo)不同，加速度值能準(zhǔn)確的反應(yīng)接觸網(wǎng)的平順性和接觸網(wǎng)質(zhì)量缺陷處。由于接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在線叉、錨段關(guān)節(jié)和吊弦等處硬點(diǎn)值相對(duì)較大。圖1為區(qū)段硬點(diǎn)波形。

圖1 硬點(diǎn)統(tǒng)計(jì)波形圖

圖中紅色虛線為硬點(diǎn)超限界限，紅色橢圓標(biāo)示為超限點(diǎn)峰值。由圖中紅色橢圓標(biāo)出超限點(diǎn)峰值為950 m/s2的超限點(diǎn)，并且多次經(jīng)過(guò)此處均出現(xiàn)超限點(diǎn)，因此確定其產(chǎn)生原因?yàn)榻佑|網(wǎng)導(dǎo)線本身的缺陷造成的超限，經(jīng)過(guò)復(fù)核確認(rèn)該超限點(diǎn)是由于錨段關(guān)節(jié)處受電弓在滑動(dòng)過(guò)程中收到的強(qiáng)烈沖擊造成，同時(shí)產(chǎn)生大的燃弧現(xiàn)象，對(duì)于此類缺陷可以定義為一級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重設(shè)為5分，由于硬點(diǎn)和速度有強(qiáng)相關(guān)性，因此針對(duì)速度250 km/h和速度350 km/h速度等級(jí)線路分別設(shè)置一級(jí)和二級(jí)缺陷，一級(jí)缺陷扣分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為5分，二級(jí)缺陷設(shè)為1分。一跨內(nèi)高差超限2A≥150 mm設(shè)置為一級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為5分，100 mm≤一跨內(nèi)高差超限2A<150 mm，扣分標(biāo)準(zhǔn)為1分。具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 接觸線平順性參數(shù)扣分標(biāo)準(zhǔn)

(3)弓網(wǎng)受流參數(shù)

弓網(wǎng)受流參數(shù)包括弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力、燃弧、接觸線動(dòng)態(tài)抬升量等，弓網(wǎng)接觸力是影響弓網(wǎng)受流性能的最直接因素。圖2為區(qū)段內(nèi)動(dòng)態(tài)接觸力波形。

圖2中用紅色橢圓標(biāo)出位置為最大接觸力突變產(chǎn)生尖峰情況，最大接觸力值為206 N，該突變的接觸力最大值直接對(duì)接觸網(wǎng)的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響，根據(jù)接觸力的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和速度等級(jí)分別定義速度250 km/h和速度350 km/h弓網(wǎng)接觸力一級(jí)和二級(jí)缺陷。根據(jù)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，弓網(wǎng)接觸力最小值不小于20 N，因此弓網(wǎng)最小接觸力Fmin<20 N定義為二級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為5分，20 N≤弓網(wǎng)最小接觸力Fmin<40 N定義為二級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為1分。弓網(wǎng)接觸力具體扣分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

圖2 動(dòng)態(tài)接觸力波形圖

燃弧包括統(tǒng)計(jì)最大燃弧時(shí)間、燃弧次數(shù)和計(jì)算燃弧率。燃弧發(fā)生在接觸網(wǎng)與受電弓滑板接觸與非接觸瞬間，產(chǎn)生的原因包括弓網(wǎng)振動(dòng)不匹配、接觸導(dǎo)線不平順、導(dǎo)線本身的彈性不均勻和施工過(guò)程造成接觸導(dǎo)線吊弦點(diǎn)處高度不平和產(chǎn)生導(dǎo)線波浪彎等方面。燃弧的產(chǎn)生對(duì)接觸網(wǎng)、受電弓滑板產(chǎn)生不利影響，造成導(dǎo)線燒傷、滑板磨耗加劇，并且對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生電磁輻射，干擾沿線其他電器設(shè)備，同時(shí)造成弓網(wǎng)受流質(zhì)量下降等。圖3為典型區(qū)段燃弧數(shù)據(jù)波形。

圖中用紅色橢圓標(biāo)出一次最大燃弧時(shí)間超過(guò)100 ms的位置，峰值為165 ms。該超限處的燃弧會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線和受電弓滑板產(chǎn)生磨耗，同時(shí)形成多次空氣擊穿對(duì)周?chē)倪\(yùn)行設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備造成干擾。根據(jù)燃弧的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)超限值均定義為一級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為5分，小于超限值但是對(duì)弓網(wǎng)受流性能還有一定影響的定義為二級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為1分。燃弧具體扣分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

圖3 典型區(qū)段燃弧波形

接觸線抬升量標(biāo)準(zhǔn)限值為120 mm，超出該值定義為一級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為5分，根據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試結(jié)果，接觸線動(dòng)態(tài)抬升量大部分在80 mm以下，80 mm≤接觸線抬升量ΔH<120 mm定義為二級(jí)缺陷，扣分標(biāo)準(zhǔn)為1分。接觸線抬升量具體扣分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 弓網(wǎng)受流參數(shù)扣分標(biāo)準(zhǔn)

2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)在線路試驗(yàn)中的應(yīng)用

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)是接觸網(wǎng)性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)能夠反映接觸網(wǎng)整體的質(zhì)量水平，對(duì)新線聯(lián)調(diào)聯(lián)試和既有線日常巡檢中對(duì)線路維修維護(hù)提供依據(jù)。下面通過(guò)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)在高鐵線路上應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究。

選取國(guó)內(nèi)某條高鐵一個(gè)區(qū)段的下行線接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，分析評(píng)價(jià)的參數(shù)包括幾何參數(shù)，平順性參數(shù)和受流參數(shù)3類。按照各參數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)區(qū)段內(nèi)每公里接觸網(wǎng)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，區(qū)段內(nèi)接觸網(wǎng)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)扣分圖如圖4所示。

圖4 上行線接觸網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)扣分圖(精修前)

通過(guò)分析可以看出，區(qū)段大部分接觸網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)扣分?jǐn)?shù)小于10分，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別處有不合格現(xiàn)象，扣分?jǐn)?shù)達(dá)到60多分，經(jīng)過(guò)對(duì)原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析，大部分扣分項(xiàng)目均為燃弧次數(shù)及燃弧超限，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，不合格區(qū)段接觸線存在連續(xù)波浪彎，該狀態(tài)直接導(dǎo)致檢測(cè)受電弓通過(guò)時(shí)出現(xiàn)大量燃弧，經(jīng)過(guò)調(diào)試期間施工單位的維修和精細(xì)調(diào)整，區(qū)段內(nèi)接觸網(wǎng)燃弧消除，區(qū)段內(nèi)接觸網(wǎng)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)扣分圖如圖5所示。從圖5中可以看出，經(jīng)過(guò)調(diào)整維修過(guò)的區(qū)段內(nèi)無(wú)接觸網(wǎng)綜合檢測(cè)評(píng)價(jià)不合格處，均達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 上行線接觸網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)扣分圖(精修后)

3 結(jié) 論

在研究接觸網(wǎng)各種類型檢測(cè)參數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)各種檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行分類，分析其對(duì)接觸網(wǎng)質(zhì)量的影響規(guī)律，提出不同參數(shù)如接觸力、硬點(diǎn)、燃弧、燃弧率、高差的合理評(píng)價(jià)和扣分方法，形成接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)并通過(guò)高鐵檢測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映接觸網(wǎng)整體質(zhì)量水平，能作為評(píng)定接觸網(wǎng)線路質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 鐵總運(yùn)[2015]362號(hào)高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則[S].

[2] 朝通新.高速鐵路供電設(shè)備修程修制優(yōu)化研究2016Y字第4651號(hào)[R].北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所.