楊金讓，張 華

高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試方案的探討

楊金讓，張 華

通過檢測(cè)列車和其他檢測(cè)設(shè)備在規(guī)定測(cè)試速度下對(duì)全線接觸網(wǎng)系統(tǒng)的功能進(jìn)行綜合測(cè)試，評(píng)價(jià)和驗(yàn)證，并對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為高速鐵路的開通提供科學(xué)依據(jù)。

高速鐵路；接觸網(wǎng)；聯(lián)調(diào)聯(lián)試；方案

0 引言

隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展，列車運(yùn)營時(shí)速的不斷提高，為保證列車的安全運(yùn)行，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全、可靠就越發(fā)重要。為驗(yàn)證接觸網(wǎng)系統(tǒng)的性能，必須在工程靜態(tài)驗(yàn)收合格后進(jìn)行接觸網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，為高速鐵路的開通提供科學(xué)依據(jù)。聯(lián)調(diào)聯(lián)試主要采用檢測(cè)列車、測(cè)試動(dòng)車組、綜合檢測(cè)列車和相關(guān)檢測(cè)設(shè)備在規(guī)定測(cè)試速度下對(duì)全線接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合測(cè)試，并對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化，使系統(tǒng)功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為此一套切實(shí)可行的聯(lián)調(diào)聯(lián)試方案是十分重要的。

1 高速接觸網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

通過近幾年我國高速鐵路的不斷發(fā)展，高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)也越發(fā)成熟，形成了具有中國特色的高速接觸網(wǎng)模式，其主要結(jié)構(gòu)形式一般為正線接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償彈性鏈形懸掛，聯(lián)絡(luò)線、正線間渡線、站線、動(dòng)車所線路采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛。正線、聯(lián)絡(luò)線導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高度為5 300 mm；正線接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度一般為1 600 mm。正線區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)跨距取50～55 m，彈性鏈形懸掛區(qū)段最大跨距60 m；隧道內(nèi)最大跨距一般為50 m；橋上跨距需根據(jù)橋梁孔跨的形式進(jìn)行配合確定，一般為48 m。正線直線及曲線段拉出值按正反定位間隔布置成之字值，正線拉出值一般取250 mm，曲線不超過400 mm，困難時(shí)取200 mm。正線及站線線路采用棘輪補(bǔ)償裝置；正線露天段采用鐵墜砣，隧道內(nèi)采用矩形鐵墜砣；正線、聯(lián)絡(luò)線均采用腕臂兩跨式防斷中心錨結(jié)。絕緣錨段關(guān)節(jié)、非絕緣錨段關(guān)節(jié)一般采用五跨關(guān)節(jié)。正線全線采用通長(zhǎng)熱軋H形截面鋼柱。在變電所、分區(qū)所出口附近設(shè)置6跨式接觸網(wǎng)電分相裝置，電分相采用帶中性段、空氣間隙絕緣的雙斷口錨段關(guān)節(jié)形式。

2 測(cè)試列車及速度

單列動(dòng)車組逐級(jí)提速聯(lián)調(diào)聯(lián)試采用CRH2-061C和CRH380A-001綜合檢測(cè)列車，進(jìn)行雙列重聯(lián)時(shí)，需增加1列CRH2C型動(dòng)車組。

動(dòng)車組正線逐級(jí)提速聯(lián)調(diào)聯(lián)試的速度級(jí)為180、200、220、240、260、280、300、310、320、330、340、350、360、370、380、385 km/h，260 km/h以上速度級(jí)不少于3個(gè)往返。18#道岔側(cè)向測(cè)試速度級(jí)為70、80、90 km/h，42#道岔側(cè)向測(cè)試速度級(jí)為150、160、170 km/h；每個(gè)速度級(jí)運(yùn)行3個(gè)往返。雙列重聯(lián)動(dòng)車組正線逐級(jí)提速聯(lián)調(diào)聯(lián)試的速度級(jí)為250、300、320、330、340、350 km/h，每個(gè)速度級(jí)運(yùn)行3個(gè)往返。

3 接觸網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試方法及內(nèi)容

接觸網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的目的是根據(jù)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、接觸網(wǎng)平順性、弓網(wǎng)受流性能、接觸網(wǎng)性能、自動(dòng)過分相測(cè)試數(shù)據(jù)，指導(dǎo)接觸網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)試與精調(diào)，使接觸網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)及滿足運(yùn)營要求，為動(dòng)態(tài)驗(yàn)收提供依據(jù)。

3.1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試測(cè)試內(nèi)容

（1）接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)：檢測(cè)接觸線高度、拉出值等。

（2）接觸線平順性檢測(cè)：檢測(cè)硬點(diǎn)（接觸線垂直加速度）、一跨內(nèi)接觸線高差（2A）等。

（3）弓網(wǎng)受流性能測(cè)試：測(cè)試弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力指標(biāo)，包括最大接觸力、最小接觸力、平均接觸力、標(biāo)準(zhǔn)差等；測(cè)試弓網(wǎng)燃弧指標(biāo)，包括最大燃弧時(shí)間、燃弧率、燃弧次數(shù)等。

（4）接觸網(wǎng)性能測(cè)試：包括接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性和接觸線動(dòng)態(tài)抬升量測(cè)試。

（5）動(dòng)車組自動(dòng)過分相性能測(cè)試：測(cè)試動(dòng)車組過分相時(shí)斷電和合電的里程；動(dòng)車組過分相時(shí)的網(wǎng)壓變化；動(dòng)車組過分相時(shí)的速度損失。

3.2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試測(cè)試方法

3.2.1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)和平順性檢測(cè)

（1）接觸網(wǎng)光學(xué)非接觸式測(cè)量。采用裝備有光學(xué)非接觸式測(cè)量系統(tǒng)（圖1）的綜合檢測(cè)列車進(jìn)行60 km/h及以下速度的準(zhǔn)靜態(tài)檢測(cè)，測(cè)量接觸線高度、拉出值和高差等接觸網(wǎng)幾何參數(shù)。

圖1 裝備有光學(xué)非接觸式測(cè)量系統(tǒng)的綜合檢測(cè)車?yán)龍D

非接觸式測(cè)量系統(tǒng)基于三角測(cè)量原理與車體位移補(bǔ)償技術(shù)，通過安裝在基線上的4個(gè)高分辨率行掃描攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。通過分析來自攝像機(jī)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算接觸線與4個(gè)攝像機(jī)位置之間的角度，利用標(biāo)準(zhǔn)的三角關(guān)系計(jì)算接觸線在車體坐標(biāo)系中的相對(duì)位置。利用車輛和兩軸箱間安裝的3個(gè)位置編碼器測(cè)量車體的滾動(dòng)、跳動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)。并將記錄的數(shù)據(jù)傳輸給分析計(jì)算機(jī)作為位置的補(bǔ)償，最終計(jì)算出接觸線相對(duì)軌道平面的正確位置。其系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 非接觸式測(cè)量系統(tǒng)的組成示意圖

（2）接觸網(wǎng)接觸式測(cè)量。通過綜合檢測(cè)車的測(cè)試受電弓，在不同等級(jí)速度下測(cè)量接觸線高度、拉出值和高差等幾何參數(shù)及垂直加速度等值。

3.2.2 弓網(wǎng)受流性能測(cè)試

通過綜合檢測(cè)車不同等級(jí)速度的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，使用測(cè)試受電弓檢測(cè)動(dòng)態(tài)弓網(wǎng)接觸指標(biāo)和燃弧指標(biāo)。受電弓的安裝測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 受電弓的安裝測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2.3 接觸網(wǎng)性能測(cè)試

（1）接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性測(cè)試。采用接觸網(wǎng)作業(yè)車，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性進(jìn)行測(cè)量和記錄。

（2）接觸線動(dòng)態(tài)抬升量測(cè)試。

a.攝像方式：測(cè)試列車通過典型測(cè)點(diǎn)時(shí)接觸線振動(dòng)情況，并進(jìn)行圖像處理分析。

b.位移法：采用基于無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)分布式接觸線振動(dòng)無線測(cè)量系統(tǒng)，接觸線振動(dòng)無線測(cè)量系統(tǒng)主要由位移傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和太陽能充電電源組成。

3.2.4 動(dòng)車組自動(dòng)過分相性能測(cè)試

記錄動(dòng)車組通過分相點(diǎn)時(shí)斷電及合電里程、動(dòng)車組網(wǎng)壓變化、速度損失等。

3.3 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)

接觸線高度、拉出值檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10758-2010）中第5.15條款和《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修暫行規(guī)程》（鐵運(yùn)[2011]10號(hào)）中的第46條款的規(guī)定：接觸線拉出值限界值超限標(biāo)準(zhǔn)為450 mm；接觸線拉出值一般超限標(biāo)準(zhǔn)為

430 mm；接觸線高度的精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為5 300 mm± 30 mm；兩相鄰吊弦的高差精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為±10 mm；兩相鄰定位點(diǎn)的高差精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為±10 mm。

3.3.2 接觸網(wǎng)平順性檢測(cè)

根據(jù)《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收指導(dǎo)意見》（鐵建設(shè)〔2010〕214號(hào)）第9.2.2條款規(guī)定：

（1）受電弓滑板所受的垂直加速度最大值A(chǔ)V，即硬點(diǎn)，規(guī)定：速度V＜200 km/h時(shí)，硬點(diǎn)AV＜490 m/s2（50g）；速度200 ≤V＜300 km/h時(shí)，硬點(diǎn)AV＜588 m/s2（60g）；速度300 ≤V≤350 km/h時(shí)，硬點(diǎn)AV＜686 m/s2（70g）。

硬點(diǎn)檢測(cè)值超過標(biāo)準(zhǔn)值跨數(shù)應(yīng)小于檢測(cè)總跨數(shù)的0.5%。

（2）一跨內(nèi)接觸線高差2A＜150 mm，其中2A = Hmax? Hmin。

3.3.3 弓網(wǎng)受流性能測(cè)試

根據(jù)《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收指導(dǎo)意見》（鐵建設(shè)〔2010〕214號(hào)）第9.2.2條款規(guī)定：

（1）弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力測(cè)試一般按一個(gè)跨距為一個(gè)分析單位，分析參數(shù)有：最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差。各參數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如下：

a.平均值（N）：Fm≤0.000 97V2+ P0，其中V為速度，km/h；P0為70 N或規(guī)定值。

b.標(biāo)準(zhǔn)偏差（N）：σ≤0.3×Fm

c.最大值（N）：Fmax= Fm+ 3σ

d.最小值（N）：Fmin= 20

（2）弓網(wǎng)燃弧指標(biāo)。

a.最大燃弧時(shí)間：Tmax＜100 ms

b.燃弧率：μ＜5%，其中，μ = ∑tarc/∑ttotal×100%，∑tarc為單次燃弧持續(xù)時(shí)間大于5 ms的燃弧時(shí)間總和，ttotal為測(cè)量總時(shí)間。

c.燃弧次數(shù)應(yīng)小于1次/160 m。

3.3.4 接觸網(wǎng)性能測(cè)試

根據(jù)《高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)指導(dǎo)意見》（鐵集成[2010]166號(hào)）第3.2.4條款規(guī)定：

（1）接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性系數(shù)μ：

式中，emax、emin分別為最大、最小接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性，mm/N。

彈性鏈形懸掛的彈性系數(shù)應(yīng)滿足：m＜10%。簡(jiǎn)單鏈形懸掛參照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)抬升量。接觸線抬升量不大于120 mm或設(shè)計(jì)要求。

引入拉格朗日乘子，得到Γ=I（Y，Xu）-λ（uTu-1）/2，兩邊對(duì)u做偏導(dǎo)，即可轉(zhuǎn)為對(duì)互信息矩陣的本征值和本征向量的求解問題，根據(jù)本征值的降序排列，可得到對(duì)應(yīng)的本征向量集合，此即為因子的各個(gè)主成分轉(zhuǎn)換向量。

3.3.5 動(dòng)車組自動(dòng)過分相性能測(cè)試

根據(jù)《高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)指導(dǎo)意見》（鐵集成[2010]166號(hào)）第3.2.4條款規(guī)定，動(dòng)車組自動(dòng)過分相需滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（1）動(dòng)車組車載過分相裝置接收信號(hào)正確、主斷路器斷合位置正確。

（2）記錄動(dòng)車組網(wǎng)壓、斷路器狀態(tài)等信號(hào)。

4 配合要求

（1）設(shè)計(jì)單位提供最終的全區(qū)段接觸網(wǎng)設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)帳數(shù)據(jù)：包括接觸網(wǎng)平面結(jié)構(gòu)圖、設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備類型，曲線、坡度、橋梁、公里標(biāo)位置等。

（2）聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，必要時(shí)測(cè)試人員需要登車頂進(jìn)行測(cè)量設(shè)備檢修，接觸網(wǎng)應(yīng)能停電作業(yè)。

（3）由設(shè)計(jì)單位和鐵科院共同確定接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性、動(dòng)態(tài)抬升量接觸網(wǎng)各測(cè)試典型斷面的位置；測(cè)試時(shí)，需施工單位提供接觸網(wǎng)作業(yè)車和作業(yè)人員配合。

（4）進(jìn)行光學(xué)非接觸式檢測(cè)時(shí)，為了避免取流受電弓與接觸網(wǎng)之間的相互作用擾動(dòng)接觸線，升運(yùn)行方向后方受電弓取流， 并以不超過60 km/h的速度勻速運(yùn)行。

（5）進(jìn)行重聯(lián)動(dòng)車組測(cè)試時(shí)，車站應(yīng)具備動(dòng)車組解編及動(dòng)車組換位重聯(lián)能力。

5 結(jié)語

該方案適用于我國在建高速鐵路接觸網(wǎng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在已投入運(yùn)營的高速鐵路驗(yàn)收當(dāng)中得到了全面、系統(tǒng)的驗(yàn)證，提高了高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，為我國高速鐵路安全、優(yōu)質(zhì)開通打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為今后高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。由于各條線設(shè)計(jì)理念、實(shí)際情況并不相同，因此聯(lián)調(diào)聯(lián)試方案可在此基礎(chǔ)

通過深入計(jì)算研究及CAD軟件動(dòng)態(tài)放樣，能夠更精確計(jì)算制動(dòng)架尺寸及制動(dòng)位置，為棘輪下錨補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)、制造、施工安裝提供指導(dǎo)，提高高速接觸網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

[1] 《300～350 km/h 電氣化鐵路接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件》（OCS-3）.

[2] 《200～250 km/h 電氣化鐵路接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件》（OCS-2）.

[3] 吉鵬霄.接觸網(wǎng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4] Kie?ling, Puschmann, Schmieder．電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]．中鐵電氣化局集團(tuán)譯．北京：中國電力出版社，2004．

[5] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2002．上略作調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 鐵建設(shè)[2010]214號(hào) 高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收指導(dǎo)意見[S].

[4] 鐵集成[2010]166號(hào) 高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)指導(dǎo)意見[S].

收稿日期：2014-12-05

The overall test, evaluation and verification of overhead contact system functions of the whole line have been performed by the inspection car and other testing equipment under the specified testing speed, and commissioning and optimization made for overhead contact system reach the design requirements, providing scientific philosophy for putting into operation of high speed railways.

High speed railway; overhead contact system; integrated commissioning and test; scheme

U227+.7

B

1007-936X(2015)02-0008-03

2014-07-25

楊金讓.中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，高級(jí)工程師，電話：010-51846270；張 華.中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，高級(jí)工程師。