高速铁路接触网整体吊弦断裂原因分析及处理措施探讨

高速铁路接触网整体吊弦断裂原因分析及处理措施探讨

作者：陈兵杨

来源：《建筑与装饰》2020年第09期

摘要中国高铁运营里程达3.5万公里，高铁牵引供电系统运营维护安全备受瞩目，整体吊弦断裂是引发弓网故障的重要因素，给安全生产带来极大的压力。为此，我们要认真分析整体吊弦断裂的原因，并采取相应的处理措施，确保高铁运行安全，助力中国高铁“走出去”。

关键词高铁;整体吊弦;断裂原因;处理措施

前言

截止2019年底，中国高鐵运营里程已达3.5万公里，运营里程及速度均居世界第一，高铁出行便利性深受大众喜爱，高铁成为中国对外展示科技实力最亮丽的名片，为国人骄傲，也是国家一带一路重要服务产品。但正是因为高铁运行速度快，发生故障或者事故后其后果也极为严重，如何确保高铁运行安全一直是整个行业的研究课题。

“高铁动车跑得快，全靠电来带”。而高铁动车获得的持续稳定的电能均来自于受电弓与接触网之间的高速滑动接触取流;要获得源源不断的电能，需要接触线与受电弓良好接触，而接触线是通过整体吊弦悬挂于承力索之上的，吊弦8-12米分布一根，由此可知中国高铁线路上密布着近900万根吊弦。高铁运营速度时速高达250公里或350公里，整个系统处于露天，弓网之间很容易受恶劣气象、外部环境等因素影响出现故障，弓网故障高发可以说是世界高铁的软肋。而整体吊弦断裂是引发弓网故障的重要原因之一，对运输秩序畅通带来极大影响。为此我们有必要认真分析整体吊弦断裂的原因，并采取相应的处理措施，确保高铁运营安全。

1 高铁接触网整体吊弦断裂原因分析

（1）接触网的平顺性（吊弦点的高差、定位点的高差）对吊弦是否能全寿运行影响最大。检测数据表明参数调整不达标尤其是接触线高度超标对吊弦疲劳影响最大。吊弦不受力最容易断裂，不受力意味着高频剧烈振动，耐疲劳能力急剧下降。

（2）弓架次是否在设计使用次数内，这也是影响吊弦全寿命的关键。弓架次不等于振动次数，有试验表明，通过一个弓接触网要振动十几次。

（3）电流（吊弦载流情况）对吊弦材料的金属晶体的排列有影响，电腐蚀会影响吊弦的寿命，一般由设计进行校验。高铁运行下电流高达400A以上，吊弦线可以承受的持续载流量为72A，频繁的短时电流会破坏吊弦线的晶体结构，发生疲劳。

（4）材质对吊弦寿命的影响。目前从实验角度来看，材质的不同或者材料的工艺（淬火、保温）等是可以提高吊弦的基本寿命时间的。

（5）压接（制作）工艺原因。实验表明环压（椭圆压）对吊弦线的损伤远小于犬牙状压接。其中环压方式损伤为4%，犬牙压接方式损伤为17%，吊弦线在压接处的金属应力没有犬牙压接的大。由厂家零件图可知早期高铁吊弦压接工艺均为犬牙状压接。

（6）单根吊弦所受负荷大小也影响吊弦的寿命，也就是一跨布几根吊弦，接触线的单位重量不同，吊弦的寿命也不同。试验表明，同一跨内靠近跨中点的吊弦耐疲劳性比靠近定位点的整体吊弦要差。因此在同等制作安装条件下、同等运行工况下，接触网的日常维护和更换工作中，应重点加强对跨中位置的整体吊弦的维护保养。

（7）速度等级（弓网作用情况）对吊弦寿命的影响。时速200km、250km、350km速度等级下，接触网的振幅、有效振动次数，随着速度等级的增加而加剧，也会缩短吊弦的寿命。试验表明，在低速情况下，靠近定位点的整体吊弦耐疲劳性比跨中整体吊弦要好，但是随着车速的逐渐增大，靠近定位器的吊弦的疲劳寿命值急剧下降，但仍然比跨中整体吊弦耐疲劳性好;因此在低速度下，定位点整体吊弦耐疲劳性高于跨中整体吊弦，但在高速度下，定位点处整体吊弦耐疲劳性与跨中整体吊弦耐疲劳性已趋同。

（8）环境污染。吊弦固有寿命是由材质决定的，吊弦实际寿命是由工况决定的。在具有腐蚀性的大气环境中，整体吊弦使用寿命远比空气洁净大气环境下寿命长。

2 高铁接触网整体吊弦防断应对策略

（1）更换强度更高耐疲劳性更好的吊弦，提高吊弦的固有寿命。早期上线运行的吊弦线线材镁含量低，致使吊弦线强度低、韧性差，耐疲劳次数较低，在使用时易发生断裂，应该说以前的吊弦的材质是没法实现在300km速度等级下运行20～25年的寿命，应更换为含镁量更高的耐疲劳性更高的吊弦线。

（2）把接触网参数调整到标准状态，这是实现全寿命管理的基础，也是研究吊弦的材料能否满足一个大修周期的基础。通过广铁集团每月上线的6C检测装置检测数据表明：接触网各项设备参数调整在规定的误差范围内，整个弓网运行质量较好，大大降低了整体吊弦疲劳程度。

（3）改变压接的方式，采用环压方式整体吊弦替代犬牙状压接方式整体吊弦。使吊弦线与钳压管之间由三个正反交替点钳压的接触变为面接触，大大降低了压接应力;更换压接模具，使钳压管端部呈开口喇叭状，吊弦在受电弓抬升不受力时吊弦线不会碰触到钳压管端部，减少吊弦线受伤概率。同时，采用椭圆环状压接，因压接原理是在压接时钳压管向心部同时收缩，将绞线包紧，轴向受力均匀，所以吊弦线在压接后无过大的应力集中点，滑动荷载较高且稳定（见图1）。

（4）吊弦布置时，可以让设计一个标准跨内多布置吊弦，减轻单根吊弦的工作荷载。布置数量最好是偶数根。

（5）适当增加电连接减少对整体吊弦的电腐蚀。

3 结束语

目前吊弦折断是个综合性问题，是各种影响因素结合在一起的结果。由整体吊弦的运行工况、材料属性等因素决定它的寿命[1]。要彻底解决这个问题，需要接触网设计部门应提供吊弦的工况（振幅、受力与频率）;零部件检验部门按工况检验吊弦的抗载荷能力;施工单位应确保接触悬挂的施工精度;设备管理部门应确保接触悬挂性能处于设计（或标准）状态。

参考文献

[1] 赵戈红.浅谈高铁接触网整体吊弦存在问题及解决措施[J].电气化铁道，2017，（4）：14-18.