接触网专业工程试验与验收优化方案

接触网子系统调试试验具体包括以下内容：接触网安全检测、接触网静态参数测量和调整、动车组弓网受流性能检测与精调、接触网动态抬升量等。在全线施工大面积开展以前，武广高铁中间还增加了一个特有的阶段——弓网受流科学试验，对关键技术方案和试验测试方法进行提前验证，指导后续施工和验收调整，也可被认为是子系统调试的内容之一。

7.2.2.1　验收过程概述

在专业工程的验收过程中，针对其中的接触网工程，分静态检测和动态检测验收两个阶段，补充了因为高速铁路特点需要的新增检测项目和手段等内涵，而且接触网动态验收过程是结合整体工程验收和联调联试来共同完成的，专业上有一定的特殊性。

1）综合试验段科学试验

2008年11月至2009年初，首先在武广高铁武汉综合试验段完成关键子系统的科学试验，包括新型的接触网系统性能测试。

2）全线武广高铁接触网工程试验验收

2009年7月14日至11月30日之间，武广高铁公司委托铁道科学研究院使用测试车CRH2-061等对接触网进行了静态和动态测试，过程中最高时速曾达到353km。武广全线工程试运行和验收过程中，进行了时速60km的18次静态测试和11次动态测试，依此进行综合评估。

在对接触网静态数据进行测量和分析，以及施工单位完成了相应的消缺工作之后，试运营开始。从2009年12月开始，大量的列车在全线开始试运行，并且动态测试时速达到350km。除了完善工程测试和进行动态验收试验外，还进行了子系统间的联调联试，对接触网系统，除了完成全线的弓网动态检测验收外，主要是补充完成了与机车运用、信号系统有关的自动过分相试验验收和调试。

7.2.2.2　弓网受流科学试验

相对一般工程验收阶段内容而言，武广高铁工程的该试验内容具有特殊性，属于武广高铁工程特有的在先行完成的武汉试验段进行的科学试验内容。拟通过工程大规模开展前的试验，稳定和确认主要技术方案和部分试验方法，减少上千正线千米的长大干线整体工程实施和验收风险。

在武汉试验段科学试验中涉及的接触网相关试验内容包括：试验运行的受流性能，研究高速弓网关系，评价动车组的弓网适应性；测试武广高铁接触网的动态抬升量，评价接触线的动态抬升是否安全；测试接触网的静态弹性，计算静态差异系数，研究接触网的基本性能和规律，为我国高速接触网系统工程研究与建设积累试验数据。

通过弓网系统匹配研究，完成弓网动态接触力测试、离线（火花）测定。确认基本检测方法满足要求，同时发现受电弓的性能好坏对弓网受流性能有明显的影响，即合理的受电弓工作状态设定，将对实现接触网工程最终达到系统性能要求至关重要。具体说明和分析过程如下。

1）弓网匹配的相互要求

在综合试验段及时完成的受电弓合理静态压力试验和受电弓空气动力调试试验，试验数据包括受电弓滑板的调整前后动态压力（前滑板、后滑板和总空气动态力）随速度变化曲线。通过对数据的分析研究，发现开口方向和闭口方向受电弓空气动力学性能曲线有所不同，受电弓的合理调整对弓网受流的影响较大。受电弓空气动力调试数据分析如图7.3、图7.4。

图7.3　受电弓闭口方向运行时空气动态力曲线（未调整前）

图7.4　受电弓闭口方向运行时接触力动态曲线（调整导流翼板后）

综合研究分析结论认为，线路试验车的受电弓状态调试后，武广高铁工程采用的接触网方案，其技术性能可以达到系统性能要求。同时，也据此研究明确提出动车组上线运行受电弓参数设置和导流翼板调整的标准要求。

2）接触网动态抬升量试验方法的研究

根据国内外的经验和教训，因为测试过程中参照系难以稳定，采用车载测试设备往往难以准确获取对安全至关重要的接触网动态抬升量。

经研究，本试验拟通过地面测量的方式试验武汉综合试验段接触网悬挂的各典型断面（如跨中、定位点、线岔、锚段关节）的动态抬升量。

测量时，用摄像机对准测点，如图7.5，当机车受电弓通过这一位置时，摄像机录像，事后对所录图像进行分析处理，可计算出接触导线的振动情况，得出导线振动的最大振幅、振动频率等参数。

图7.5　区间内接触线动态位移测点示意图

该方法原理由铁四院提出并经铁科院试验组确认后，首先在武汉试验段得到试用，确认是可行并安全可靠的科学方法。典型的动态抬升量数据的获取，在后期的武广全线工程验收中补充进行和完成。

3）接触网静态弹性试验方法的研究

利用动车组受电弓加力进行接触网静态弹性试验测量，获得了武汉综合试验段区间内上下行各两个典型锚段每一跨距内各吊弦处的静态弹性。和动态抬升量试验方法的原理一样，因为测试过程中参照系的问题，采用车载测试设备和人工测量数据之间存在一定的差异，但人工测量方法本身也需要改进，后期还需专题研究加以改进。静态弹性的获取试验后期结合武广高铁工程验收过程中的地面人工测量共同完成。

7.2.2.3　静态检测与验收

接触网的静态验收内容主要涉及有关接触网施工质量和安全空间几何状态的检测与确认过程。可分为安装质量检查和静态数据测量。

1）安装质量检查

是在所有安装工作完成后进行的一项检查工作，作为分部工程的内容和静态验收的主要内容之一。目的是查验设计和施工、采购过程的文档、手续，现场目视检查和运用简单的距离、尺寸测量工具，主要由人工方式完成。主要对象包括腕臂和接触网、棘轮布置、中心锚结固定。

通常根据上述接触网构件或设备的各部特征，制定对应的安装检查表。比如，腕臂安装检查表、接触网悬挂安装检查表、锚段关节安装检查表、接触网导高安装检查表、隔离开关和操作机构安装检查表、中心锚结安装检查表、分段绝缘器安装检查表、道岔区接触网安装检查表、下锚装置安装检查表等，具体此略。

2）接触网静态检测

静态检测主要是在工程安装阶段对接触网结构几何参数的测试，内容包括导线高度、拉出值、限界、动态包络线。

（1）测试方法。除了验收过程中，建设单位组织运营单位和施工单位采用多功能激光接触网测量仪和限界检测车，现场逐点进行无接触人工静态检测外，武广高铁工程还试行采用了带受电弓SSS400+（受电弓-6号）的铁科测试车CRH2-061C，利用其配备的德国联邦铁路技术装备的接触力测量系统和无接触光学测量系统进行了静态检测，实践证明，该测量方法的运用带来测试效率和测量精度均大大提升，值得今后推广采用。其测试装备如图7.6。

在利用铁科测试车CRH2-061C等具备的接触力测量系统和无接触光学测量系统，对静态测量结果进行评估时，应注意在测量几何数据位置时（60km/h），受电弓的布置和行车方向需要核实。经验发现，不当的受电弓设置方式可能对测试数据造成10mm左右的误差。

图7.6　安装在测试车CRH2-061C顶部的导高位置精确测量设备

（2）通过连续的行驶测试，完成对整改调整后最终的接触线几何位置的测试和确认。要严格执行基本设计和相关标准中规定的允许公差。接触网几何数据允许公差如表7.2、图7.7。

表7.2　接触网拉出值位置允许公差

图7.7　接触网导线高度允许公差

注：导高允许绝对误差±30mm；悬挂点—悬挂点±20mm（同方向±10mm如图例a；不同方向时如图例b）。

3）低速动态检测（冷滑行试验）

该低速度的动态检测指主要在工程完工后进行有关接触网施工质量和安全空间几何状态的检测与确认。低速运行状态下的动态性能检测，严格意义讲，属于静态验收的检测内容（冷滑行试验），但因为采用了带检测设备的动车组进行，并增加了量化的受电弓压力检测内容，因此也可被称为“低速动态检测”。

低速动态检测采用接触网冷滑装置或接触网弓网接触力测量装置；测量内容主要为：弓网接触力；定位器抬升（检测车测量、地面测量）；受电弓运行加速度；离线率；视频记录等。

4）接触网送电（空载带电）

接触网空载带电主要是对接触网绝缘器件的绝缘性能进行检验，送电前要对全线接触网进行全部的检查，检查内容主要包括：全部绝缘子、隔开开关和操作机构工作正常、接地系统功能完整，可以使用、绝缘良好，无接地情况发生、所有临时地线连接已拆除、全部隔离开关处于送电方案指定位置。电气化局安装公司检查合格后，填写《接触网供电臂具备通电条件证书》，并由施工单位负责人签字后，向接触网送电。

5）对接触网静态数据的综合评估

所进行的试验次数和由施工单位所进行的整改工作，依据不同的区间段，有所不同。具体实施则根据测试大纲的计划安排和验收过程相结合。

例如，在武汉—长沙区间进行了两次测试，每次测试之后都由施工单位相应地进行必要的整改工作（在武汉—咸宁区间进行了第3次测试，并且对测试结果已经进行了评估）。

在长沙—耒阳—花都区间进行了两次测试。针对测试结果进行整改工作。

接触网（接触线）精确的几何数据完全在允许公差的范围之内，是接触网良好动态表现的前提条件。因此在安装完成所有接触网设备之后，要给予测试和整改工作足够的重视。

全线的接触网设备（正线）需要至少两次利用CRH2-061C上的光学测量设备进行测量。在得到的测量结果之后，将一起对测量结果进行必要的评估。

在对测量结果进行了评估的基础上，施工单位对接触网进行了整改。

根据目前的经验，在第二次对接触网进行了调整之后，接触网良好的几何位置满足进行下一项目的条件即可进行动态试验（接触力测量）和开始试运行。

7.2.2.4　动态检测与验收

1）动态检测准备（热滑试验）

对于电气化铁路工程的验收，通常在空载运行正常后再进行接触网热滑行试验，以检测接触网的弓网关系，检测车组在运行时有无拉弧现象等。

应以设计的最高运行速度检测，根据检测结果进行分析，给出接触网每个定位点接触线高度及拉出值具体整改要求。根据检测结果，定位点问题处理后，再进行更细致的检测，包括检查接触网的预留弛度及坡度，也就是要精确测量每一处的接触线高度，对每根吊弦的长度进行检查，对不合适吊弦提出调整要求。

鉴于武广高铁工程正式引入了联调联试的新验收程序，该热滑行试验结合接触网子系统联调调试试验进行，利用其联调试验过程中获取的数据，反馈给施工单位和建设单位进行电气化铁路工程的验收过程。

2）接触网系统的联调联试

2009年11月7—11日，采用单列和重联CRH2动车组进行了武广全线的拉通试验，11月19—24日，采用CRH2-068C动车组和其他CRH2型动车组及CRH3型动车组进行了全线动态试验，对全线接触网状态进行复测。武广高铁全线分5个区间进行联调联试，过程基本类似，接触网状态和弓网受流性能试验采用逐级提速，从200km/h始，每20km/h间隔一挡上升，直到350km/h。单列车速度试验完成后，再进行双列重联动车组速度试验，主要目的是建议双弓条件下尤其是后弓的弓网受流性能。

武广高铁联调联试期间，CRH2型动车组最高试验速度378km/h，CRH3型动车组最高试验速度394km/h。以全线350km/h双弓重联运行这种最苛刻条件下的检测数据分析，取咸宁北—长沙南检测区间作为典型样本，其对应的测试数据汇总如表7.3所示。

表7.3　咸宁北—长沙南检测区间弓网测试数据汇总

咸宁北—长沙南区间的典型弓网压力测试结果，如图7.8、图7.9所示。(www.xing528.com)

图7.8　下行弓网压力全程曲线图（速度350km/h）

图7.9　上行弓网压力全程曲线图（速度350km/h）

对上述测试过程的数据分析可见，上下行弓网质量的差异性可看出是比较明显的，受电弓开口分析运行时电弧的燃弧次数比受电弓闭口运行时多，当与受电弓的工作状态有关。测试受电弓为CRH2-086C号动车组6号受电弓（061C），受电弓运行方向分析如图7.10所示，是不同的。

图7.10　测试过程中受电弓的方向

从表7.4中可以看出，个别区段或隧道（如K1415～K1422）离线火花较多，而且出现连续离线火花，表明弓网受流质量有所下降。后期分析也有人认为，这与系统集成商在隧道区段没有采用原设计的弹性链形悬挂方案有关。

武广高铁工程典型的静态弹性测试结果如表7.4。

表7.4　典型的某实测静态弹性测量结果

7.2.2.5　第三方对高速接触网特性的综合评价

鉴于武广高铁工程系我国首次开通重大干线高速铁路，且有外方技术支持和服务合同，根据外方合作单位申请（德国BB公司），邀请德国联邦铁路认证中心，对武广高铁工程通过动态测量的武汉—广州工程接触网子系统评估做专项的确认评测，提供第三方评价的意见，供工程验收和研究参考。

该报告名称为《武汉—广州高铁接触网综合评估鉴定书》。报告编号为DB.45151360，日期：2009年12月12日，需确认的范围：起始里程K1224、终止里程K2291，试验时速350km。现摘录其中报告的部分内容如下，其评估项目和方式值得我们研究参考。

1）接触网设备几何情况

检测结果评估，接触线拉出值：±300mm；误差：±30mm；标准导高：5.30m；误差：±30mm；悬挂点—悬挂点：±20mm（同向/±10mm）。根据EN50119中的第5和6章节来进行检查。双弓最小间距200m，最高行驶速度为350km/h。机车上接触网悬挂的相互作用是通过SSS400+（1950mm）来进行测量的。满足EN50119/50367的要求。

2）波浪弯

标准要求，波浪弯的测量需要使用一种特殊的测量尺。测量尺和接触线之间的距离不能大于0.1mm，如图7.11。

图7.11　波浪弯的测量要求

在安装过程中，EEB施工单位和BB德国督导已经对接触线波浪弯进行了检查。除非有特殊情况，一般可以按整个区域进行集中检查。如图7.12。

图7.12　整个区域接触线波浪弯进行检查的情况

波浪弯也可以在高速行驶过程中通过视频来检查。

检查结果发现，在此没有任何一处出现超标的波浪弯。受电弓工作平稳，没有出现弧度。

3）弹性和弹性均匀度

根据TSI欧洲标准，一个跨距内的弹性和均匀度决定了受电弓的质量以及磨损程度。弹性的均匀度将通过不均匀度u来说明。静态弹性测试结果，示例如图7.14。

图7.13　静态弹性测试结果

通过测试，再一次对动态测量中的此值进行了检测。

通过下列公式可以对以上的数值进行确认。

总体上，u=8.8％～10.4％

4）接触压力平均值

依据欧洲标准EN50119要求，规定了平均接触压力平均值。沿线的速度是同接触压力平均值Fm有关系的。

图7.14　速度与平均压力速度曲线

图7.15显示的是测试结果，从图中可以看出，速度为大于300km/h。接触压力平均值为180～210N。需要说明的是，获得上述检测数据时，该区域EEB施工单位的调整工作还尚未结束。因此，此区域的评估还不是最终结果。

即使是根据该结果，对于350km/h的行驶来说，也是几乎不会出现燃弧的。

5）电分相关节

在武广高铁工程项目中，中方设计院（指铁四院）首次提出了一种较短的分相关节方案，即分相关节由两个4跨组成，其中有两跨是相互重叠的，所以整个分相关节的长度为6跨。采用这种分相关节的好处在于，中性区的距离较短，约为190m。机车在关闭了主断路器（没有牵引力）的情况下，大大缩短了所需要的时间和距离。另外可以缩短馈线和电缆线的长度。所有大于190m的双受电弓都可以安全地通过这个中性区。

这种解决方案有特定的意义，因为这种特殊的供电方式适用范围更大：能够应用到每一个变电所和变电所之间的中性区，有助于解决地理线路环境制约无法采用长分相方案的工程技术难题，而且该方案对速度的影响要相对小一些。

6）弓网受流质量

根据EN50367中所定义的，接触网允许的接触力和速度的相互关系。其中，Fm表示接触力的平均值，Fm+3σ及Fm-3σ是指接触力的最大及最小值。σ（σ）表示标准偏差，这里定义为σ=0.3Fm。

欧洲统一标准对于超过Fm+3σ的接触力最大值还没有达成共识，因此暂没有提出明确的规定值。但根据德国高铁的经验，当这个值超过Fm+4.5σ时，就会被认定为是缺陷。一般来说，根据EN50119的规定，在时速大于300km时，接触力最大值为350N。

根据350km/h的带弓测试结果，如图7.15，基本上可以确定的是：受电弓底板运行平稳；没有比较大的动作波动；电弧几乎不可见（仅仅只有两三个个别情况）；没有发现接触线波浪弯。

图7.15　350km/h的带弓测试结果（压力）

从视频录像中可以确定那些高接触点顶峰的地方。根据德铁多年积累的经验，他们仅仅只关注那些超出Fm+4.5σ的接触点。通常情况下接触点在Fm+3σ和Fm+4.5σ之间归于合适的接触网位置，这些接触点有着偶然的特性，每一次测试都会出现不同的位置。为了能够提供一份最终决定性的评估，需要在同一天采用相同方向相同速度进行4～5次测试。通过对每一次的接触力进行对比，发现每一次行驶所显示的结果都不同。一般来说，只有当接触力超过Fm+4.5σ，到达一个较大的值的时候，接触力的峰值总是出现在同一位置。这就是接触网上有问题的一个信号。

测试中，受电弓的静态接触压力设定为85～100N。这个设定值在世界上和中国都是不常见的，需要关注。

验收过程中，对所有接触力F=Fm+3.6σ＞390N的位置进行了施工整改检查，对接触网进行了精调，其主要目的是通过精调降低异常的接触力峰值。

7）抬升空间

通过在悬挂点处对定位点的抬升限制，将抬高值限定在允许范围之内。

根据基本设计（模拟结果中获得的）在350km/h的速度下定位器的最大抬升为115mm。设计中的结构抬升量和施工中采用的限位抬升量为150×1.5=225mm。

实际测试中获得的抬升量在整个区段分布的情况如图7.16所示。这里展示的是5419个定位点抬升量的直方图分析（双车重联时）。

图7.16　双车重联时5419个定位点抬升量分布曲线

从这里我们可以得出速度330～340km/h双弓重联运行时的抬升量。

平均值：抬60mm，3σ：按照图7.16中的第13次测试的曲线，3σ=108mm；按照第14次测试的曲线，3σ=108mm。

绝对最大值，分别对应抬升157mm和168mm，该值与施工设计取用的理论最大值150mm预期水平是相当的。

8）结论

综上，德国联邦铁路认证中心EBC在《武汉—广州高铁接触网综合评估鉴定书》（编号：DB.45151360）报告中这样评价到：

（1）通过对武广高铁的研究评估表明，是符合基本设计中相应的结构要求的。

（2）接触网的几何位置是相当令人满意的。

（3）在今后首先需要对接触网进行正确的调整并对静态测量的数据存档，这一点是尤其重要的。这样一方面可以认清现存的安装缺陷并清除，另一方面可以对现有的资料保存有力的依据。只有在此基础上系统可以根据记录，由制造商保修。维修和管理可以在存档文件的基础上进行。

（4）由于动态测试的进行取决于静态测量数据以及接触网的终调，这样的工作方式可以降低动态测试的成本。

（5）武广接触网的模拟计算是在采用不同的受电弓类型和距离进行的。客户目标是在所有情况下接触力和抬升，即使在受电弓距离为200m的情况下也能满足要求。对于接触网的平均接触力，标准偏差和最低值的遵守应该进行评估。

（6）武广接触网接触力测量在2009年8月和10月已经进行，分析结果已经反映在测试和评估报告当中。接触力的测量遵循的是欧洲EN50317标准。评估报告中已经包含了有关接触力的描述。

（7）模拟和测试过程中抬升量限值在武广接触网中证明是达标的，接触力也达到了预期，从这一点上可以证明施工调整工作的质量很高。碳滑板Ⅰ吸收了超过碳滑板Ⅱ的60％～80％的接触力，接触力的分布就不再标准。尤其是隧道内，以至于最大接触力升高。为了避免增加导线以及对碳滑板的磨耗，定期对受电弓进行检查是很有必要的。

（8）基本上来说，武广线上下行单车接触网的动态表现还是不错的。开口和闭口也没有本质的不同。最大接触力足够低，以至于双车重联有足够的余地。

（9）对于尚未提交的受电弓气动调节以及105N高静态设置压力等潜在的问题已经指出需要注意。

（10）基于以上的阐述可以确定的是，武广高铁GW350接触网系统符合设计350km/h的速度要求。运营速度300km/h是完全有保障的。在2009年12月9日的行驶中武汉到广州线路测试速度达到了394km/h。