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1、时速350km新建铁路武广铁路接触网动态特性 摘 要 仅仅耗时四年半时间，约1010公里长的中国新建高速铁路武广线于2022年12月底投入正式运营。该线运营速度为320km/h至330km/h，是当今世界上运营速度最快的铁路途路。其弓网之间的动态关系确定了线路的最大运营速度能达到这个新的高度。对于这个速度范围内的接触网动态特性，全世界都只有极少阅历。BB铁路负责了本线接触网安装的设计，参加施工，并负责测试接触网的质量。最终，通过一系列的试运行来测试几何条件和接触力特性，以此验证系统的适应性。 1导论 随着2022年夏天115km的京津城际列车1和2022年12月第一条长大铁路，1050km长的
2、武广铁路开通，中国起先了其高速铁路网的建设。其他在建项目还有哈大、京沪等。到2022年，运行时速高于250km的高速铁路网线路里程将达到12000公里。 武广铁路于2022年12月26日如期开通，开行单组或双组动车组，运行时速320至330km/h。2022年12月9日，双组重联动车组达到了394.2km/h的峰值速度。武广铁路是目前世界上运营速度最高的铁路。 BB铁路公司与中国的设计单位和施工单位一起，共同开展了接触网设备的研发和调试安装，之前也曾对此做过具体报导2。接触网布置在德国铁路DB Ingolstadt至Nrnberg线Re330结构和西班牙Madrid至Lrida线EAC结构的阅
3、历基础上，进行了改进3。接触网要满意的基本要求有： 运行速度300km/h 设计速度350km/h 通行质量达到欧洲标准，尤其是要满意TSI供电系统的要求4。 弓网模拟和概算从理论上证明了系统的可用性，而实际的可用性则须要由线路、列车和接触网共同来通过最终的验证。在2022年夏起先的联调联试中就已经可以看出，中国铁路部门从一起先就准备要远远突破最初所设定的300km/h的运营速度。 由于本项目的工期特殊惊慌，使得设备验收和试运行等的系统调试难度加大。直到最终一天，仍在进行全面的结构检查、调试和试运行。尤其是接触网的调试工作，在之前安装的过程中不能同时绽开，而必需要在进行首次验收运行之后才能惊慌
4、进行，这就更加大了工作的难度。尽管如此，我们还是完成了该线满意350km/h速度运行的验证工作。 2中国高速接触网构造型式 近十年来，随着与德国企业的紧密合作，尤其是与BB公司的合作，中国铁路在德国企业的阅历基础上，渐渐建立起了新的标准。其中不仅包含基本的系统性标准，也包括接触网链型悬挂设备的应用标准等：如镁合金导线、铝合金腕臂的安装、高敏捷性吊弦、锥形锚固线夹等。时速300km以上已经投入运营的线路有： 京津 长度：115km 开通时间：2022年8月 武广 长度：1050km 开通时间：2022年12月 郑西 长度：475km 开通时间：2022年2月 图3是这三条线的纵向接触网悬挂方式。
5、 可以看出，京津采纳的是在德国Re330基础上去掉弹性吊索的接触网结构型式。去掉弹性吊索是中方业主的要求。在接下来的武广线和郑西线上，采纳了直径为150mm2的接触线，并保持安装高度恒定不变。这种安装型式，成为此后线路的通用标准。依据图3中的特征，尤其是弹性吊弦的应用，可以看出其接触网型式与Re330和西班牙的EA350类似。链型悬挂和腕臂中的全部结构都能在德国找到其起源；同时，BB公司还通过投资的方式参加到零部件的制造中。 表1描述了不同接触线波的传播速度，可以通过下式进行计算： 尽管接触线的水平张力较低，京津线上接触线波的传播速度最高仍达到了573km/h。而在武广线和郑西线，由于接触线重
6、量较大，因此张力较高，其波的传播速度也就相对较小。通过波的传播速度，可以推算出最大的运行速度为4： 接触网的动力特性并不是仅通过接触线波的传播速度来进行衡量的。通过图4的对比可以看出，由于张力较大，并且采纳了弹性吊弦型式，武广铁路的弹性应当最小并且最稳定。由于京津和郑西没有测量数据，因此其弹性是由推算得出的。在图中我们可以清晰地看到采纳弹性吊弦的好处，其弹性甚至优于德国铁路DB Re250和Re330。究其缘由应当是中国采纳了50m的小跨距。因此武广和郑西的线路运行质量良好。武广铁路接触网的详细技术参数可以参见2。 3武广铁路接触网的误差 根据欧洲接触网的阅历并通过仿真计算，BB给出了接触网误
7、差的范围。表2和表3给出了基本的几何参数与动态指标，并与开通后所测得的误差值对比。几何误差采纳的是德国Re 330的标准，对接触线的平顺度也做出了相应的要求限制。 接触线动态特征的误差通过BB公司的CATMOS软件对接触力进行模拟仿真得出，同时参照TSI供电系统4可互操作性技术规范，供电分系统的要求。 TSI供电系统对于320km/h以上速度接触网的平均接触力没有做出要求，因此此处参考国家规范。明显在该速度下，至今还没有足够的阅历以形成一套完整的标准。 4验收测量结果 4.1测量工具的安装 验收测量时，须要在试验车上安装一个今后常规允许时所采纳的受电弓，在受电弓上装配相关的测量设备以测量接触力
8、和几何参数。 测量采纳的是CRH 2-061列车，它是由日中联合制造的新干线系列列车，车上安装的是SSS400+常规受电弓，采纳德国铁路DB的接触力测量技术进行测量。为了进行接触线状态计算，还另外安装了一台无接触式光学测量设备。 不过该受电弓却不适合于CRH2系列车辆，而是适配于CRH3型车辆。我们首先要做的就是改进一台受电弓以匹配试验车，这关系到受电弓上挡风板的安装，该装置主要用于限制高速运行条件下空气动力对接触力的影响。尽管业主并没有相应的要求，我们仍旧借助四线法对受电弓滑块上力的分布的空气动力影响测量，使挡风板的操控得到了改进。由于CRH2列车在受电弓位置的车厢壁有所抬高，而CRH3列车
9、则没有抬高。这种车顶构造方式将会产生不同的空气动力状况。明显，这种车厢壁对受电弓的空气动力影响以及高速状况下挡风板的布置影响都特殊大。然而，由于时间不允许我们对不同的列车进行改装，因此只能依据测量结果进行有限地评估。 4.2几何测量结果 接触线的几何状态测量不仅包含无受电弓接触的静止状态，还包括低速时受电弓接触的抬升状态。静止状态的测量要求链型悬挂在所规定的30mm的误差范围内进行精确调整。 图6分别表示了调整前和调整后的测量结果。测量工作须要错开施工，只能在调试阶段进行，这又大大增加了精确调整的难度。全线共有超过24000超出误差范围的不合格点须要进行查找调整，而这一切都必需在施工单位所留出
10、的最短时间内完成。 通过对静态接触网的几何测量不仅能找出超出误差范围的不合格点，还能发觉接触网功能上的问题，如图7就能看出下锚装置的影响。通过两天静态测量结果对比可以看出，半跨内接触线的高度差为15-20mm，这就表明，下锚装置出现了问题，水平张力没有保持恒定，由于其与温度无关，进一步可以查明是由于安装出现了问题。 本项目中须要尤其关注的是安装完成后接触线的平顺度问题6。该问题在DB采纳120mm2截面导线的项目中就已经出现，而本项目采纳150mm2截面，问题就更加显著。为了避开出现接触线平顺度问题，不仅接触线供货商严格限制线材的冶金制造，同时，在采纳合适大型设备进行安装和放线车的应用上也实行
11、了相应措施。平顺度测试采纳简洁的测量板和一个塞尺即可以进行。平顺度误差范围不能大于0.1mm，在全线1010km内的全部跨都要进行验证。经过调试之后，全部参数范围都符合表2要求。 4.3动态测量结果 4.3.1测量运行 测量运行速度约为350km/h，分别对接触力和动态抬升量进行测量。受电弓SSS400+上接触力测量装置和接触线状态的光学测量装置一起安装在列车上。分别采纳单车单弓及双车双弓运行进行测量。双弓牵引时，由于试验条件相同的路途很短，因此，后弓只获得了很少的记录结果。 4.3.2悬挂点接触线抬升量测定 根据TSI供电系统4的要求，武广铁路接触网定位器抬升量应预留理论计算值的1.5倍，才
12、能满意限制范围的要求。通过模拟得出350km/h下的最大抬升量为115mm，因此须要预留173.5mm的抬升量。中方将此预留量提高至225mm，明显是为冲刺高于350km/h的最高速度所考虑的。 全线全部悬挂点的动态抬升量都是通过其静态和动态测量值的对比计算得出的。受电弓弓头和滑板框架部分的抬升量几乎一样。通过约5500个悬挂点的柱状图分析可以看出，大多数悬挂点的抬升量都在40至80mm之间。后弓值也仅仅略大于前弓。因此可以证明全线符合要求。 4.3.3滑板与接触线接触点的垂直运动 滑板与接触线接触点的垂直运动可以通过干脆测量获得，它表明白受电弓在接触线上的运行是否平稳。单跨内接触点距轨面的垂
13、直距离应尽可能一样；这是推断受流质量是否良好的确定性因素。依据TSI供电系统4的规定，单跨内动态接触点最高和最低点的最大高度差应小于80mm。 接触点的垂直改变是由其静态位置和动态抬升所对比得出的。单跨内垂直改变的最大差值为最大、最小值之差。图10为9跨接触点的垂直改变。其中，垂直改变的最大差值仅为13mm至35mm，基本满意TSI供电系统的要求。双弓运行时，后弓的值也仅为约40mm左右。 4.3.4接触网的弹性和不匀称性 2002版TSI供电系统规定，高速接触网在跨中的弹性应小于0.5mm/N，不匀称性应小于10。该规定在2022版TSI供电系统中，则以接触点的垂直改变进行定义的。尽管如此，
14、弹性和不匀称性的值仍需纳入考虑之中。 接触网的弹性e是接触点的接触线上升高度与受电弓压力的比值，单位为mm/N。受电弓的作用力可以由弹簧秤测得。 不匀称性u可以由单跨内两个悬挂点之间接触网的最大和最小弹性计算得出，单位为。 4.3.5350km/h时受电弓和接触线之间的接触力 评估接触网动态特性最重要的参数是弓网之间的接触力。为了减小接触线和碳滑板的磨损，接触力不能超过规定的最大值；同时，为了避开受电弓离线或拉弧，也不能低于最小值。 TSI供电系统4对平均接触力有如下方程式 通过测量结果可以看出，要在试运行时将不符合要求的受电弓静态压力调整至73N的标准要求难度很大。图12可以清晰地看出受电弓
15、的平均静态接触力。运行中受电弓滑板接触力调至105N；滑板托架接触力调至85N。 对受电弓的不规则调试可以检测不同速度范围最大和最小值的满意状况。检测过程采纳单组列车运行，也即采纳单弓运行。 还可以看出，对于最大和最小值都给出了足够的余量，以减小双弓运行时的接触力波动。实际运行也证明白这种考虑是对的。接触网链型悬挂的全部参数都应满意所给要求。 接触力假如超过了所限定最大值，或者小于所给的最小值，都属于特别状况。大多数的特别状况都是由于安装问题所引起的，可以改正消退。如图13表示的就是这种特别状况。在一段约300m长的接触网内，接触线与碳滑板之间没有测得任何接触力。在同步的视频图像中可以看到有拉
16、弧。分析表明，是由于中心锚结的中锚绳存在问题。中锚绳张力不够，遇到了受电弓的碳滑板。使得受电弓短时离线，并导致接触力消逝和拉弧。接触力采纳视频图像同步监控的方式，可以帮助人们有效地监控安装和调试中出现的问题，并刚好解除。 5结束语 在对武广铁路进行电气化验收的时候，为了验证350km/h速度接触网的质量，进行了多次试运行。这是全球首次在这么高的速度下对弓网的协作进行验证。缺憾的是，因为时间的缘由，没能进行结构和全面的评估。由于样弓与试验车缺乏空气动力协作，且对后弓只进行了有限的试验，因此不能进行全面的评估。 尽管如此，还是根据TSI供电系统的要求对适用性进行了核实。首先通过理论进行了验证，尤其
17、是采纳BB公司的CATMOS进行了接触力的仿真模拟。 对试运行的录像显示，受电弓运行良好。仅后弓有少量拉弧，这主要是由于受电弓的改造不完善，且前后弓滑板受力不均所引起的。 在接下来的高速铁路中，运行速度还将进一步提高，如京沪铁路将达到约380km/h。因此，我们将获得更多的阅历，必要时，将会采纳更高标准的受电弓。 参考文献 1 Brodkore, A.; Tornow, T.：京津高速铁路电气化设备。电气化铁道Elektrische Bahnen，107，第8期，P. 344-350。 2 Zimmert, G.; Solka, M.：中国武广高速铁路电气化。电气化铁道Elektrische
18、Bahnen，107，第8期，P. 338-343。 3 Gil Ortiz, J. M.; Wipfler, H. -P.; Tessun, H.; Martens, G.：马德里莱里达高速铁路电气化。电气化铁道Elektrische Bahnen，101，第12期，P. 466-473。 4 委员会06/2022决议：跨欧洲高速铁路供电系统的可互操作性 5 Becker, K.; Resch, U.; Zweig, B. -W.：高速接触网优化。电气化铁道Elektrische Bahnen，92，第9期，P. 243-248。 6 Rux, M.; Schmieder, A.; Zweig, B. -W.：高强度接触线安装。电气化铁道Elektrische Bahnen，105，第4-5期，P. 269-275。 7 委员会2002/733/EG决议：欧洲高速铁路能源系统互联互通技术规范。欧盟公报，P. L245/280 - L245/369。 第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页