接触网零部件、金具、设备简统化设计的重要性探讨

接触网零部件、金具、设备简统化设计的重要性探讨

张文

成都局集团公司西昌工电段 614100

摘要:接触网是电气化铁路的主要供电设备，随着电气化铁路的发展，接触网设备种类、技术参数增多，更是随着高速铁路技术的不断进步，电气化铁路对接触网设备提出了更高的要求，同时由于电力机车在牵引方式上的变化，对接触网设备同样提出了高要求。为了确保电气化铁路安全、稳定、高效地运行，满足高速铁路运输对供电安全、可靠、经济、高效和环保的要求，必须对接触网设备进行统一的设计、定型生产、标准施工及维修。

统一接触网设备管理是提高电气化铁路供电质量和运输效率的重要手段之一，也是保证高速列车安全、可靠运行的重要措施之一；因此，必须加强对接触网设备的管理。

关键词:接触网零件；现状发展；铁路；统一管理

一．接触网零件的现状和分类

目前，国内已投入应用的接触网件已有多个品种，并广泛应用于国内干线电气化接触网线路。

（一）按照其使用与功能划分，可粗略地划分为7种类型。

1.接触线

接触线是接触网系统中的主要组成部分，用于传输电能。接触线的主要功能是向列车供电，并将列车上的电能输送回供电站。接触线通常由铜制或铝制导线组成，可以在高速移动的列车上实现电能传输。

2.悬挂系统

悬挂系统用于支撑接触线，并将其悬挂在钢索和支柱上。悬挂系统的主要功能是确保接触线的稳定性和可靠性，同时减少其对铁路轨道的损坏。

3.张紧装置

张紧装置用于调整接触线的张力，以保证其在不同气温下的稳定性。张紧装置通常由张紧机、张紧器和张紧杆等组成，可以根据需要进行调整和维护。

4.联接装置

联接装置用于连接接触线和悬挂系统，并将其固定在一起。联接装置的主要功能是保证接触线和悬挂系统的连接牢固，以减少其对列车运行的影响。

5.绝缘装置

绝缘装置用于隔离接触线和悬挂系统，以避免电流泄漏和故障发生。绝缘装置通常由绝缘子、绝缘钩和绝缘挂钩等组成，可以有效地保护接触网系统的稳定性和可靠性。

6.地线

地线用于接地接触网系统，并将电流导回供电站。地线通常由铜制或铝制导线组成，可以有效地降低感应电的危害，保障工作人员的安全。

7.支持系统

支持系统用于支撑接触网系统，保证其稳定性和可靠性。支持系统通常由支柱、基础和支架等组成，可以在不同的环境下支撑接触网系统的运行。

（二）从材料上划分，主要有黑色的金属部件，以及一些不含金属的部件。黑色金属部件以棒形和异形为主体的常见的碳质构造钢，大部分都是由A3材质制成，另外就是（KTH350-10)，以及少量的灰铁（HT15-33）。当前，接触网件的扣件以12Cr18Ni9Ti及钢材为主。其中，非金属部件主要是铜基合金部件，目前已纳入TB/T2075 -2020《电气化铁道接触网零件》规范的34个品种左右。

（三）按照生产方法，有常用的碳钢件，通常都是先进行小面积的机加工，然后再进行弯曲、堆焊，生产方法相对来说较为简单。对可锻、灰口等部位的铸件进行了砂型浇铸。大部分的铜合金产品都是以砂型浇铸为主，只有极少数是以精铸为主，而以粉末为主要原料的就更少了。大部分的铝材都是以挤出、锻制为主，但也有少部分是以浇铸为主。在部件组装方面，除了用螺钉联结、焊接外，还加入了压力联结等技术。

（四）从受力的角度来看，部件可以分为拉伸，压缩，弯曲，扭转和复合应力。但是，承受弯曲、扭转或复合受力情况的部件，通常都是形状比较复杂、功能比较重要的部件，还有一些数量很少的部件，这些部件主要是以引导流动或安装补偿为主要目的的，这些部件都是受力较小的部件。

（五）按照结构形式对其进行了划分，因为零件所承担的功能和连接方式的差异，所以其结构形式有很多，大致上可将其划分成夹板式、耳片式、夹环式、环杆式、柞座楔型式、梁式、构架式和轮式等结构。

前几年，我国开发出了许多新型的接触网件，例如：压接挂弦线夹和多功能定位装置，而一些陈旧的部件，例如：楔形接头线夹，楔形电气连接线夹等，正在逐步被淘汰。

二．预绞式金具在接触网工程中的应用

随着电力机车的不断发展，电力机车上也出现了许多预绞金具。在众多重大项目（如京沪铁路、京九铁路、陇海铁路、广深铁路、包申铁路、温福线电气化铁路和上海轨道交通11号线）中，均广泛使用了预绞钢丝保护线，在悬垂钢绳的顶部绑扎和侧面绑扎的位置，增加预绞钢丝护线，增加悬垂钢丝的顶部绑扎线和侧面绑扎线，增加配电绑线和万能绑线。

在新修和改造的电力接触网项目中，悬挂带和承力索座的预绞钢条等被列为一级控制采购。

与普通的电力安装工程相比，在接触网工程中的跨距通常只有50-60m，比普通的直电力安装工程的跨距要小很多，这就导致了在接触网工程中的附加导线的悬吊和锚固安装的工作量十分巨大，因此，在耐张、悬垂及拉线等方面，预绞式金具具有十分广泛的应用前景。与一般的电力工程不同，在运行状态下的接触网除了要经受一般的风吹雨打和重力荷载之外，还会由于接触网与高速行驶的动力列车的动态接触而增加其弹性不均匀性，从而对接触网系统造成威胁（如前所述），因此对接触网的检测和预防就是减少接触网断线、确保接触网正常供电的当务之急。因此，工作的重心就转移到了预防承力索断股断线的问题上，而对承力索断股进行补强的第一种技术方法就是使用预绞式修补，这一点已经得到了供电维护部门的成功经验的证实。

随着国家提出了扩大铁路网的重大举措，特别是高铁和铁路电气化的比例是最优先考虑的，因此，在接触电网的建设中，承力索，供电线，回流线，正馈线等必然会是推动使用预扭钢丝绳和悬垂钢丝绳的重要环节；同时，还广泛使用了预缠绕的护线，修补带，预缠绕的侧面绑线，配电绑线，万能绑线。比如最近才通车的温、福高铁项目，就把预绞电线列为了重点宣传对象。将预绞式金具应用于中国的电气化铁道接触网项目，不但可以获得良好的经济效益，还可以显著减少施工劳动量，显著提升工作效率，而且可以从本质上改进常规金具的缺点，将其对导线和地线的冲击降到最低，对导线进行保护。

三、接触网发展状况

在国外，德国，法国，日本等一些比较成熟的轨道接触网机技术与设备，它们各自有自己的特色，并形成了自己的体系。

德国的接触线体系根据速度等级可分为Re160、Re200、Re250、Re330等几种类型，这些类型在技术上具有一致性和相关性，但也存在着一定的差别，使其核心技术资源得到了合理分配，从而达到了技术与经济相结合的目的。综合考量，德国铁路公司选择了铸态铝合金作为其手腕、定位器的管子，其材质为AlMgSi1F31 (ENAW6082)，连接部分选用硅铝化铝或硅铝化铝，硅铝化铝或硅铝化铝.本项目拟选用AlMgSi1F31 （ENAW6082）铝合金作为模具，通过对其进行时效处理，使其在载荷作用下的力学性能能够达到设计要求。

日本拥有50余年高铁发展历史，其高铁接触网支承结构是一种三角扁平手腕，手腕为钢材，手腕和固定器之间的接头由钢板冲压和焊接而成，接头为铰链型。定位管道和手柄管道的连接是比较牢固的，并有热镀锌处理的防腐蚀处理。为了减少弓网在定位点上的硬触点和避免受电弓提拉力太大时与定位管发生撞击，使用了一种弹性极限定位器。在环境较差的区域，使用的是铝制定位仪，而在环境较差的区域，使用的是5系铝制的定位仪，使用的是铝青铜定位仪。为保证隧道部分的消防安全，选用了铜合金钢作为接头。区间及站场主线均为变比滚筒补偿器，下锚为铁质或钢筋混凝土，现多以弹性补偿器代替掉秤式的重力补偿器。锚杆材料选用不锈钢材，用于水下隧道锚杆，尤其是SUS316不锈锚杆。

法国高速铁路普遍使用的是拉杆式手柄，手柄与手柄之间的连接部分，以及手柄与手柄之间的位置，均由铸铜制作。接点吊丝使用的是含有8%-12%的铝质及少量的铁，锰，镍，其含量不低于3%。为了增加定位架与受电弓、定位架与定位架之间的安全间距，还使用了弧线定位架。

在对德国，日本，法国等几个主要国家的接触网臂结构，定位器原型及其演化的基础上，发现各国在结构，材料等方面都与其对应的体系有很好的一致性。在更广泛的范围内，也涉及到国家的环境状况，工业基础，经济模式。对于机械臂，由于其本身的特点和对机械臂的要求，世界上大多数国家都选择了比较平稳的三角型。其差异主要表现在杆件的连接方式，杆件的材料，杆件的连接方式，都有各自的特征。在国内简化式接触网设备的研制中，应根据系统的功能要求，采取更为合理的基础架构。在联接方式、元件材料和外部尺寸上，应根据具体情况，取长补短，进行优化和创新，从而达到全面提升其整体性能的目的。

电气化铁路是动车与电动车两种列车为主的一种形式。电气化铁路使用的能源是由电力引起的供电系统。电力牵引是供电系统中的核心因素，该系统主要包括牵引变电所、接触网两部分。对于牵引变电所，它主要是安装在铁道附近，主要将高压电送到接触网上去。对于接触网来说，它主要是列车直接输送电能的设备。牵引供电制主要为接触网电流制与交流制，传统的铁路建设是以直流制为主，而现代的电气化铁路大多是以交流制为主。交流制的方式是将高压、三相电力在变电降压以及变电单相后，直接对接触网进行供电。在我国电气化铁路运输形式下，牵引力供电制就是交流制，因为铁路运输的能力比较大，实际运营的成本比较低，还体现了较少的能源消耗、较快的行驶速度，不仅工作条件好，在技术形式上以及经济条件上也具有较大优势。

四．接触网零部件、金具、设备及设计简统化的重要性

（一）接触网简统化

简单来说，就是简化，统一，标准化。然而，在此之前，中国的轨道接触网装备制式较多，各具特点，其结构种类庞杂，零件规格繁多，这就导致了“设计、施工、制造、维护和管理的难度很大，很难从根源上提升工程和运营的整体水平”等一系列问题。因此，中国高速铁路亟需一份完善的中国高速铁路的技术规范，从“国产化”到“国标化”。

（二）接触网简统化的重要性

1.接触网设备种类多，技术参数也多，包括绝缘支柱、导高、固定吊弦、定位装置等。接触网设备种类多，技术参数多，为了确保电气化铁路的安全稳定运行，接触网设备必须具备良好的性能。如果不统一管理，就无法确保接触网设备性能良好，从而影响供电质量和运输效率。

电气化铁路接触网设备一般为专用设备，主要包括接触线、支柱、吊弦、定位装置等，这些设备一般不能互换使用。而且由于电气化铁路的供电特点和技术要求，接触网设备结构复杂、种类繁多。如果不统一管理，就会造成不同型号的接触网设备相互混淆和干扰；不同型号的接触网设备同时在同一区段或不同区段使用，就会造成故障影响正常供电。如果不统一管理，还会造成不同类型的接触网设备之间的干扰。

此外，由于接触网设备的型号、结构等技术参数存在一定差异，为了保证电气化铁路运输安全和提高供电质量及效率，就必须对电气化铁路接触网设备进行统一管理。

2.提高供电可靠性

电气化铁路接触网设备数量多，涉及到的生产厂家多，设备型号也多样，如接触线、定位装置、支柱等设备。例如：在一个接触网区段内同时使用三种类型的接触网设备，其中一种类型的接触网设备故障就会影响其他两种类型的接触网设备；在同一区段内同时使用两种不同类型的接触网设备，就会造成不同类型的接触网设备之间的干扰，从而影响正常供电。在线路运营初期，由于技术管理水平较低，对一些新技术不熟悉，不能有效地对新技术进行应用。这些新技术在电气化铁路上得到广泛应用后，对提高电气化铁路供电可靠性带来了较大的影响。例如：高速动车组列车使用的“复兴号”是我国自主研制开发的高速动车组列车，其最高运营速度达350km/h。为了保证高速动车组列车安全运行，就要确保其供电稳定性。但由于我国电气化铁路接触网设备种类多、型号复杂，设计、制造厂家众多，导致各厂家生产的接触网设备型号多、型号繁杂。

3.减少故障影响

接触网设备是电气化铁路重要的组成部分，接触网设备发生故障会给铁路运输带来较大的影响。在故障发生时，故障点处的接触网设备可能处于带电状态，若此时在此接触网设备上进行作业，将有触电的危险。因此，接触网设备必须在断电状态下进行检修和试验。

另外，由于电气化铁路供电范围比较广，受电弓和接触线的磨损、弓网关系、冲击等因素影响，接触网设备上的零部件容易发生故障，如锚段关节、吊弦等部位存在接触线断裂、松动、异物嵌入等情况。这些故障不仅会影响电气化铁路的正常运行，而且还可能引起触电事故。若不及时处理这些故障，将会威胁行车安全。

在故障处理过程中，如果处理方法不当或处理时间过长，就会使故障点处的接触网设备遭到损坏。此外，接触网设备损坏后如果不及时更换，还可能引起其他设备或部件出现故障。因此，接触网设备必须保证可靠性和稳定性。

例如：某集团公司管辖范围内的接触网设备型号主要有EQ221-B型接触线、EQ221-A型接触线-B型支柱-C型支柱等。如果在同一区段或不同区段同时使用这两种型号的接触网设备，就会产生干扰。

（三）保证设备性能

接触网设备是电气化铁路的重要组成部分，直接影响铁路运输质量和效率，必须保证其具有良好的性能。在运输条件相同的情况下，接触网设备的使用寿命不同，其主要影响因素为产品质量。例如，在电气化铁路中使用的支柱绝缘子，其使用寿命取决于材料的质量、制造工艺等。目前，我国铁路采用的支柱绝缘子材料主要有两种：一种是玻璃纤维增强塑料（FRP）支柱绝缘子，它具有很好的机械强度和耐腐蚀性能；另一种是碳纤维增强塑料（CFRP）支柱绝缘子，它具有很好的弹性和耐腐蚀性。因此，在同一铁路线路上使用不同材质的支柱绝缘子时，接触网设备会因其质量不同而导致接触网设备使用寿命不同。如果接触网设备质量不过关，就会严重影响铁路运输质量和效率。此外，同一供电公司管辖范围内的不同型号接触网设备在同一区段内同时使用时，会因型号相同而导致设备性能相同或相近。如果不统一管理，就会造成不同型号接触网设备相互干扰；还会造成不同类型的接触网设备之间的干扰；还会造成同一供电公司管辖范围内不同供电方式线路之间的干扰。

总结

随着高速铁路技术的不断进步，接触网设备的技术参数和标准也在不断提高，接触网设备统一管理，既能保证高速列车的安全、稳定运行，又能降低运营成本，提高生产效率。

统一管理后的接触网设备应从以下几个方面加强管理：

（1）要在日常检查中发现问题并及时处理；

（2）要定期对接触网设备进行检查，特别是对重点部位要加强巡视检查；

（3）要根据实际情况对接触网设备进行及时调整；

（4）要加强接触网设备的检修和维护；

（5）要不断完善接触网管理制度和考核办法。

随着铁路电气化建设的飞速发展，以及高速列车技术的不断进步，接触网设备的统一管理将成为今后铁路建设中的必然趋势。

参考文献

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