高速铁路接触线分析论文

摘要：在电气化铁路牵引供电系统接触网施工中，经常会有接触网导线扭面问题出现，当发生接触网导线扭面后一般都是在导线调整时校正，并未采取有效的预防措施。今天小编给大家找来了《高速铁路接触线分析论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

高速铁路接触线分析论文 篇1：

铜铬锆接触线在俄罗斯莫喀高铁的适应性分析

摘要：俄罗斯莫斯科至喀山高速铁路是国内外首条时速400km高速铁路项目，更高速度对负担电能传输和机械滑道的接触线提出了更高的性能要求，本文围绕莫喀高铁接触网系统接触线选型，分别从抗拉强度、导电率、耐磨性等，分析了铜铬锆接触线在时速400km高速铁路的适应性，确定了莫喀高铁接触网系统接触线类型，同时也为今后时速400km高速铁路接触线选型提供了参考。

关键词：400km/h  莫喀高铁  接触线  抗拉强度

Adaptability Analysis of CTCZ Contact Wire in Moscow to Kazan High-speed Railway

LIU Tao  CHEN Ke

（China Railway ErYuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610031 China）

Key Words： 400km/h; Moscow to Kazan high-speed railway; Contact wire;Tensile strength

俄罗斯莫斯科至喀山高速铁路西起俄罗斯首都莫斯科，向东南延伸到鞑靼共和国的喀山，中间穿过弗拉基米尔州、俄罗斯联邦州和楚瓦什自治共和国等重要城市。线路全长约770km，设计速度最高达400km/h^[1]。

接触网工程是高速铁路的重要组成部分，担负着从牵引变电所获得的电能输送给电力机车，是电气化铁路可靠运行的关键基础。而接触网用铜合金接触线更是通过与受电弓滑板接触，向机车输送电能，是电气化铁路供电系统的重要器材之一^[2]，直接影响铁路运输安全^[3]。

本文围绕莫斯科至喀山高速铁路接触系统方案中接触线选型，分别从抗拉强度、导电率、耐磨性等接觸线性能，对比分析不同类型接触线在时速400km高速铁路的适应性，为莫喀高速铁路接触线选型提供技术支持。

1 接触线研究现状

目前，我国高速铁路建设中，主要使用的接触线有铜银合金、铜镁合金、铜锡合金、高强度铜镁合金等，其中铜银合金接触线，抗拉强度规范值为370MPa、导电率为97%IACS，主要用于160km/h及以下速度等级;铜镁、铜锡合金接触线，抗拉强度规范值为380～430MPa、导电率为80%～93%IACS，主要用于200～250km/h速度等级;高强度铜镁合金接触线，抗拉强度规范值为530MPa、导电率为65%IACS，铜铬锆合金接触线，抗拉强度规范值为560MPa、导电率为75%IACS，主要用于300～350km/h速度等级^[4]。

日本和法国分别研发了铜锡合金接触线并成功应用在250～300km/h高速铁路。高强度铜锡合金接触线的抗拉强度提高到470MPa、导电率为63%IACS。铜锡合金接触线的耐磨性能十分优异，可显著延长接触线使用寿命。

德国偏重铜镁合金接触线研发应用，德国将已用于承力索的铜镁合金用来制造接触线，最终定型于欧盟标准EN50149，120 mm²铜镁接触线，抗拉强度为490MPa，导电率62%IACS。镁与铜的金属性质差异显著，合金化后能明显提高抗拉强度，但铜镁合金接触线导电率偏低的问题较为突出。

2 莫喀高铁对接触线参数需求

2.1 牵引变电所最大馈线电流及导线截面

根据莫喀高铁运输组织需求，正线牵引供电系统采用AT供电方式，新建AT牵引变电所12座、AT分区所11座、AT所28座;牵引变电所平均有效电流为935A，分区所、AT所平均有效电流为372A。

最高允许工作温度95℃室外条件下，截面150mm²铜镁接触线载流量为460A，截面150mm²铜铬锆接触线载流量为505A，截面120mm²承力索载流量为430A^[5]，结合国内时速350km高速铁路接触线截面选择经验，为满足平均有效电流935A载流能力，本项目接触线采用截面150mm²铜合金接触线，承力索采用120mm²铜合金绞线，且接触线导电率不应小于75%IACS。

2.2 导线张力及导线抗拉强度

为保证良好的弓网耦合关系，运行速度与波动传播速度之比β≤0.7时，才能保证受电弓与接触网之间的耦合集电特性，减少受电弓的火花次数和离线时间，使受电弓在沿接触线的高速滑行过程中处于稳定工作状态^[6]。波动传播速度的公式如下：

式中，V_c为接触线的波动传播速度，km/h;T为接触线额定张力，N;ρ为接触线线密度，kg/m。

结合本项目设计速度目标值以及导线截面选型，经计算，本工程接触线额定张力按照36kN选取。

接触线的抗拉强度由下列公式确定：

σ_w=σ_min×0.65×K_temp×K_wear×K_icewind×K_eff×K_clamp×K_joint

式中：σ_w为接触线的最大允许工作应力;σ_min为接触线的最小抗拉强度;K_temp为接触线的最高温度系数;K_wear为接触线的允许磨耗系数;K_icewind为接触线的风和冰荷载系数;K_eff为接触悬挂下锚补偿装置的精度和效率系数;K_clamp为接触线终端锚固线夹系数;K_joint为接触线接头系数。

根据上述计算条件得出：接触线额定工作张力为36kN时，接触线最小抗拉强度σ_min=σ_w/（0.65×1×0.8×0.95×0.97×1×1）/0.98=533MPa。

根据不同类型接触线抗拉强度、导电率等相关指标，仅铜铬锆三元合金导线（CTCZ），抗拉强度560MPa满足时速400km高速铁路接触网张力系统要求。

3 铜铬锆三元合金接触线适应性分析

从接触线技术发展方向考虑，为满足高速列车高速度、大电流取流，接触线应具有高强度及高导电率，因此铜铬锆合金接触线代表了高速铁路特别是时速400km及更高速度的接触线发展方向。

目前，国内对铜镁合金接触线在强度及导电率等方面进行性能提升，并取得了一定的进展，但其性能与铜铬锆接触线性能相比较还有较大差距。从金属材料结构上无论采用什么配方及工艺，其接触线的强度与导电率均成反函数曲线关系^[7-8]。

结合本项目接触线张力36kN（截面150mm?），接触网系统还需通过接触线向机车提供27.5kV的交变电流，平均有效电流达935A;同时接触线因自然环境冷热交替及大气环境条件变化而产生腐蚀、烧蚀、磨损等，制造和安装弯曲误差等因素影响，其工作环境极为恶劣。故时速400km高速铁路用接触线还应具备以下技术性能指标。

高抗拉强度：高速铁路对接触线的首要要求是能承受其额定工作张力，以适应静张力和高速车辆受电弓对接触线的冲击动张力。而提高接触线的工作张力不能仅靠加大接触线截面积，增加截面积引起重量增加，将降低接触网波动传播速度，制约列车运行速度。故需提高接触线抗拉强度。

高导电率：莫喀高铁额定工作电流近1000A，若接触线导电率低，不仅不能满足列车运行需求，大量浪费电能，还会造成接触网发热而温升过高，使接触线发生软化或退火，造成蠕变断线事故，严重危害运行安全。为满足1000A的载流需求，接触线导电率应不小于75%IACS。

高抗软化能力：接触线长期大电流载流，势必产生热能损耗使接触线升温，另外，受电弓与接触线间的滑动摩擦亦会使接触线温度升高，故接触线必须具备高温下稳定的工作能力，即具备较高的抗软化能力。

高耐磨性能：接触线因受自然腐蚀、电弧烧蚀、机械磨损，制造和安装误差等因素影响，引起接触线损耗^[9]。接触线设计允许磨损面积为20%^[10]，磨耗超标将对线路受流和运行安全造成严重影响，而更换接触线的代价大，故高速铁路要求接触线应具有较高耐磨性。

结合以上性能指标需求，经试验测试，截面150mm²的铜铬锆接触线抗拉强度达580MPa，拉断力87.58kN，导电率约80%IACS，300℃/2h软化抗拉强度551MPa。

銅铬锆合金具备高强度、高硬度、耐热、导电性和导热性能较好的铜合金，对比不同类型接触线性能，结合铜铬锆接触线主要性能指标，分析如下。

（1）强度高，接触网系统更加安全可靠：铜铬锆接触线抗拉强度高于铜镁合金接触线，相同张力系统下采用铜铬锆接触线安全系数较铜镁接触线高20%。

（2）抗高温软化性能优良，接触线抗电烧蚀能力强：铜银合金在300℃下软化率达90%;400℃下软化率达46%;铜铬锆接触线在同样软化条件下强度分别降低4%和10%，可有效提高接触网系统应对列车运营过程的偶发因素能力。

（3）耐磨性能优良：铜铬锆接触线主要强化方式是析出强化，合金本身的性能决定了铜铬锆合金线材内外层力学性能比较均匀，克服了其他合金材料接触线抗软化能力差和内层耐磨性能不足的问题;铜铬锆合金接触线具有较高的强度、硬度和抗高温软化性能，大大增加了接触线的耐磨能力，同时有效降低了电烧蚀对接触线的破坏，保证接触网的良好运营质量。

（4）导电性能优良，降低接触网能耗：一般材料强度和导电性能为反函数关系，即提高强度以损失电导率为代价。然而，铜铬锆接触线在抗拉强度明显高于高强镁铜接触线的情况下，导电率也显著高于高强镁铜接触线，在标准测试条件下二者绝对值高约13%，相对于铜镁接触线，铜铬锆合金接触线导电率提高约23%。

4结语

综合分析铜铬锆接触线主要技术性能，从全寿命周期理念出发，铜铬锆接触线具备高强度、高导电、高耐电烧蚀、高耐磨耗、高抗高温软化性能、低温优良性能等特性，在其全寿命周期内可降低使用成本，满足莫喀山高铁外部环境条件下机械、电气等性能要求，也可为今后其他时速400km高速铁路接触线选型提供参考。

参考文献

[1] 尹磊，陈可.俄罗斯莫喀高铁电气化初步设计分析及总结[J].一带一路报道，2018（2）：74-77.

[2] 范勇，杨广英.解读铁道行业标准《电气化铁路用铜及铜合金接触线》[J].铁道技术监督，2018，46（8）：6-10.

[3] 贾志洋.中国欧盟电气化铁路用铜及铜合金接触线准入管理比较分析[J].铁道技术监督，2019，47（5）：16-20，30.

[4] TB/T2809-2017 电气化铁路用铜及铜合金接触线[S].北京：中国铁道出版社，2018.

[5] TB/T3111-2017 电气化铁路用铜及铜合金绞线[S].北京：中国铁道出版社，2018.

[6] Santa Kumar Maharjan. 柔性中压直流电气化铁路系统杂散电流与钢轨电位研究[D].成都：西南交通大学，2019.

[7] QINGZHONG M.， YUSHENG Z.， YAZHOU G.， et al.Enhanced Electrical Conductivity and Mechanical Properties in Thermally Stable Fine-Grained Copper Wire[J].IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2019，672：012055-012055.

[8] 牛美英，渠基磊，曾毅，等.接觸导线用Cu-Cr-Zr合金的组织性能[J].特种铸造及有色合金，2021，41（9）：1124-1128.

[9] 钟传枝，许岩，陈光雄.浸金属碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的试验研究[J].润滑与密封，2021，46（11）：34-39.

[10] TG/01A-2017 铁路技术管理规程[S].北京：中国铁道出版社，2017.

作者：刘涛　陈可

高速铁路接触线分析论文 篇2：

接触网导线工作面扭面问题的预防与整治

摘要：在电气化铁路牵引供电系统接触网施工中，经常会有接触网导线扭面问题出现，当发生接触网导线扭面后一般都是在导线调整时校正，并未采取有效的预防措施。鉴于此，基于多年接触网架设施工经验及对接触导线的研究，对导线工作面扭面问题的成因进行了分析，提出了生产过程中正确的施工方法以及有针对性的预防措施，以便尽最大可能减少接触导线扭面问题，提高接触导线架设质量，满足电力机车高速运行时的取流需要。

关键词：接触网;导线;扭面;预防;整治

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.06.013

0    引言

电气化铁路主要有轨道、电力机车、牵引供电系统等部分组成。在铁路电力牵引供电系统中，接触网是负责将牵引变电所中的电能传输给电力机车的重要设备，最大特点是位于野外且无备用，其质量及工作状态直接影响着牵引供电系统的稳定性及电气化铁道的运输能力。然而在接触网架线施工中，接触导线工作面扭面问题经常出现，并未引起足够重视，而只是进行后期校正，既降低工效又影响接触线的质量。本文结合多条铁路接触网导线架设经验，从导线本身的金属属性以及运输、存储、架设、调整等方面，分析了接触网导线工作面扭面的成因，有针对性地提出了预防扭面的措施与对策，可以有效减少接触网弓网事故的发生，提高牵引供电系统的稳定性，为电气化铁路运输提供保障。

1    工程案例

从时速60 km/h的普速电气化铁路，到时速200 km/h的快速铁路，再到时速300 km/h的高速铁路，从钢铝材质接触线到镁铜、锡铜、银铜等合金材质接触线，基于二十多年的接触线架设经验，根据以往施工统计数据，笔者发现普速铁路接触网施工中接触导线工作面扭面发生率高于客运专线和高速铁路，车站侧线接触导线扭面发生率高于正线接触导线。

历史统计数据如下：普速铁路，柳南铁路电气化改造工程柳州至黎塘段，设计时速120 km/h，凤凰站至来宾站区间正线接触网28个锚段，接触导线扭面13处，来宾站侧线接触网14个锚段，接触导线扭面9处;快速铁路，新建南宁至广州铁路黎塘西至桂平段，设计时速200 km/h（黎塘至根竹段时速250 km/h），黎塘西站至覃塘北站区间正线接触网24个锚段，接触导线扭面10处，桂平站侧线接触网9个锚段，扭面5处;高速铁路，广深港客运专线广州南至深圳北段，设计时速300 km/h，广州南站至东涌站区间正线接触网24个锚段，接触导线扭面9处，深圳北站侧线接触网15个锚段，接触导线扭面8处。

扭面发生的概率分析：（1）普速铁路，区间正线扭面发生概率46.43%，车站侧线扭面发生概率64.29%;（2）快速铁路，区间正线扭面发生概率41.67%，车站侧线扭面发生概率55.56%;（3）高速铁路，区间正线扭面发生概率37.5%，车站侧线扭面发生概率53.33%。由以上统计数据可以看出，接触网导线扭面，在接触网架设施工中存在普遍性，工程技术人员应给予重视，分析原因，采取预防措施。

2    接触线工作面扭面的危害

接觸导线又叫“电车线”，是两侧带沟槽的圆柱状硬铜线，沟槽的作用是便于安装线夹并按技术要求悬吊接触线而又不影响受电弓取流[1]，沟槽上面部分俗称接触线的小面，沟槽下半部分通常叫作接触线的大面，工作时直接与电力机车受电弓滑板接触摩擦，称作接触线的工作面。接触线工作面扭面，是指接触导线大面偏斜，安装吊弦后吊弦线夹不垂直于轨道平面。接触导线扭面会造成长期接触线偏磨，影响接触线的使用寿命。当接触导线扭面问题严重时，高速行驶的电力机车受电弓容易碰到接触线上的线夹，出现“打弓”事故，严重时还会引起“剐弓”，对电力机车受电装置造成破坏，甚至将受电弓剐掉，打坏电力机车受电弓绝缘子及其他部件，同时也会造成长距离、大范围接触网破坏停电。当损坏的接触网对地放电时，短路电流可能会烧毁吸流变压器、吸上线等其他接触网设备。另外，事故发生后恢复供电的工作量大，抢修时间长，会造成严重的供电中断事故，给铁路运输特别是在繁忙的干线铁路带来严重的不利影响。

3    接触导线工作面扭面成因分析

根据对多条线路接触导线架设施工经验的总结以及对接触线金属本身属性的分析，接触线扭面有的是在存储、运输过程中形成的，有的是在施工生产过程中形成的。形成接触导线工作面扭面的原因可总结为两大类：一类是金属接触导线本身在蠕变应力的作用下发生蠕变形变，另一类是在施工过程中操作或采取的施工工艺不当。具体体现在以下几个方面：

（1）存储、运输过程中形成。接触导线在生产制造时，在线盘上缠绕不规范，导线端头固定不牢或未按要求固定，在运输过程中发生扭面;或者是未配盘使用的接触导线在使用后剩余部分未按要求在线盘上缠绕固定，存放期间在金属蠕变应力作用下发生金属蠕变形变，又没有采取措施对接触导线工作面加以约束和限制，造成接触导线扭面。

（2）采取不当的架线工艺形成。包括车站侧线采用人工架线，或带张力架线时架线车行车速度不匀，架线车受其他原因影响中途多次停车、急剧启动或停车，或车站架设接触线穿线等原因，引起接触导线剧烈抖动，导致扭面。

（3）对架设的接触导线未进行及时调整。接触导线架设完成后长时间搁置，未及时安装定位器控制金属导线蠕变对接触线线面的影响，造成接触导线扭面变形[2]。

（4）管理及作业人员的因素。接触导线调整作业前，没有针对性地进行技术交底，对作业人员进行技术培训，使定位器安装前接触线“找面”工作方法不正确;或者“找面”作业人员精力不集中，责任心不强，工作上产生差错，人为造成接触线扭面。

4    接触导线扭面的预防措施

根据导线扭面的不同成因，结合现场生产实际，应针对性采取技术措施，尽最大可能消除或减少接触导线扭面，预防由于导线扭面引起的接触线线夹“打弓”事故，避免出现接触网供电故障或供电中断事故。

4.1    从材料进场源头控制

针对原因（1）：接触导线的进场验收，除按规定的流程和验收程序检查验收项目外[3]，还应对引起接触导线扭面的情况进行重点检查，检查内容主要包括接触线表面光滑、清洁，不应有硬弯、扭曲、裂纹、擦伤等缺陷，接触线大圆弧面（工作面）应面向盘芯整齐紧密地缠绕在线盘上，每一层的匝间不应有空隙，不应有扭转、交叉、跳线现象，接触线起始端应伸出线盘侧板固定在线盘外侧，接触线尾端应固定在线盘侧板内侧[1]。在验收过程中，发现存在问题，不满足上述要求的，应根据实际情况，请厂家到现场处理，严重者责令材料退场，从源头上保证接触导线质量。接触导线到货后在长时间存放过程中，应避免接触导线在蠕变应力作用下发生工作面扭面，保障施工生产正常使用。另外一种情况，接触导线未配盘使用，比如备用接触导线，一般按最长锚段长度采购，在其他导线损坏或被盗后做备用。当备用导线部分被使用后，剩余部分应在线盘上采用一定张力缠绕，匝间不应有空隙，不扭转、不交叉，将尾部端头在线盘侧板上固定牢固，导线外层采用防水材料進行包裹[1]，以备下次能正常使用。

4.2    采用恒张力或小张力架线施工工艺

针对原因（2）：为避免因接触网导线在架设作业中出现剧烈抖动引起接触导线工作面发生扭面，宜采用恒张力或小张力架线作业，禁止不带张力进行架线作业。严格执行恒张力（或小张力）架线作业施工流程：作业准备、起锚、加线、落锚、检查、结束。架线作业前，提前做好线路使用计划，征得线路管理部门批准，避免与其他单位交叉使用线路;检查承力索及承力索中心锚结是否已安装到位，曲线区段、转换柱处的支柱装配是否采取了临时加固措施，满足架线条件;架线作业必须运行平稳，不得急剧启动或停车，行驶速度不超过5 km/h，减少架线作业车运行途中随意停车现象[2];作业平台应牢固可靠，升降灵活、平稳，操作方便。采用小张力放线，放线架稳固，制动平稳、可靠，放线张力可控，根据导线材质、线型确定放线张力，一般控制在1.7～3 kN。

4.3    导线架设完成及时安装定位器

针对原因（3）：根据调查研究，接触导线架设后的48 h是导线在蠕变应力作用下蠕变形变速率下降最快的阶段，随着时间的增长导线蠕变形变速率变低，导线蠕变形变逐渐稳定。因此，在这一阶段将接触导线调整到位，及时安装定位器，容易控制导线蠕变形变扭面。一旦长时间搁置，接触导线因蠕变应力发生扭面，必须采取后校正的方法对接触线线面进行校正，才能满足电力机车受电弓取流对线面的要求。对接触线线面的控制，主要是在接触线调整过程中通过安装定位器、整体吊弦来实现。定位器安装时应先安装接触线中心锚结，然后从中心锚结开始向两端接触线下锚方向捋正接触线线面，看是否有扭面现象，一旦发现扭面立即进行校正。

4.4    改进施工方法，加强作业人员教育培训、提高人员素质

针对原因（4）：接触线调整作业前由工程技术人员给作业班组进行详细技术交底，明确工艺流程、作业方法、技术标准及注意事项，加强作业人员思想教育培训，使其提高意识，进行规范化作业。同时采取技术措施，改进施工方法，提高施工安装作业精准度。比如，定位安装前的“找面”工作，传统做法是作业人员从接触线中心锚结处开始，靠眼看、手摸向下锚方向进行导线“找面”，当导线面360°扭转后，作业人员一旦精力不集中，会错误地认为线面正确，导致后序工作徒劳。为避免出现“找面”错误，改进施工方法，用工具代替手摸、眼看。例如：在架设好的导线上安装一个可以顺导线滑动的定位线夹，用手握住定位线夹顺导线向下锚方向进行“找面”，既准确又快速。

5    接触导线扭面整治

造成接触线扭面的因素多，很难绝对避免。当出现接触导线扭面问题后，必须采取有效的校正措施方能满足电力机车受电弓取流对接触导线的要求。接触导线扭面校正，所需工具车辆主要有作业车（或梯车）、接触线扭面器，校正分两种情况进行。

（1）工作支接触线扭面的校正：接触线线面校正应从中心锚结开始，当线面扭转幅度不大时，在接触线扭面处一端5 m处用一个接触线扭面器卡住线面，保持不动，另一个接触线扭面器在扭面处卡住接触线向反方向扭转，慢慢将导线扳平，然后松开观察，如果导线面未校正过来，按同样的方法加大力度再校正一次，直到线面扭正为止。当接触线扭转幅度较大且距离较远时，在接触线扭面处一端5 m远处，用一个导线扭面器卡住线面并保持不动，另一个导线接触线扭面器反方向旋转360°，然后再松开观察线面是否已校正，依次向前挪动，直到线面完全平正顺直。导线线面校正完毕应及时安装定位器、吊弦等部件。吊弦安装后，应保证吊弦线夹垂直且无碰触电力机车受电弓的隐患。

（2）非工作支接触线扭面的校正：非工作支接触线，处于受电弓动态包络线以外，电力机车受电弓通过时不接触受电弓滑板。因此，当扭面问题不严重，且靠近接触线工作区域时可采用上述工作支接触线扭面校正的方法进行校正。当扭面比较严重且位于下锚跨距内时，为避免线面校正损伤接触线，可以采用承力索吊弦线替代接触线吊弦线夹的方法对接触线进行悬吊，不再进行线面校正。

6    结语

电气化铁路已进入一个崭新的发展阶段，成为我国主要的运输牵引方式，其担负的运输任务越来越重，安全运行的意义也非常之大。在保证电气化铁路安全运行的过程中，保障接触网的安全至关重要，因为接触网负责向全线输送电能，运行条件恶劣，且无备用，一旦出现供电故障就会中断行车。为此，要保证接触网的良好工作状态，就应从细微之处做起，发现问题查找原因，改善施工工艺，采取针对性的技术措施预防控制，消除不安全因素，减少各类弓网事故，保持牵引供电系统正常稳定运行，为电气化铁路正常运营创造有利条件。

[参考文献]

[1] 电力牵引用接触线 第1部分：铜及铜合金接触线：GB/T 12971.1—2008[S].

[2] 客货共线铁路电力牵引供电工程施工技术规程：Q/CR 9658—2017[S].

[3] 铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准：TB 10421—2018[S].

收稿日期：2021-12-21

作者简介：张进伟（1975—），男，河北人，工程师，研究方向：牵引供电接触网。

作者：张进伟

高速铁路接触线分析论文 篇3：

一种接触线磨耗车载式连续快速测量系统研究

摘要：接触线是电气化铁道接触网的电力输送设备，在运行及与受电弓相互作用过程中，接触线会发生机械磨损、电气磨损、化学磨损等现象，严重者甚至引起接触线的断裂。在铁总印发的《高速铁路接触网运行维修规则》中明确要求每36个月需对接触网重点磨耗进行测量，并规定了接触线的磨耗换线标准，为此对接触线磨耗进行测量是非常重要的日常工作。本文着重介绍了一种车载式自动化连续快速的接触线磨耗测量系统，为接触网运营维护部门提供方便快捷的自动化磨耗测量工具。

关键词：接触网;接触线磨耗;磨耗测量;车载式接触线磨耗测量

1概述

我國的电气化铁路运营里程在近20年来取得了快速的增长，尤其是高速铁路目前已经运行了10多年，作为电气化铁路中不可或缺的电能传输设备接触网的安全稳定更是影响着整个电气化铁路运作安全的关键。随着运营时间的累计，接触网导线与受电弓长时间滑动接触过程中逐渐被磨损。当接触线磨损严重时，弓网受流质量将下降，接触网导线机械性能亦会下降，存在断裂的风险，影响电力机车运营安全。因此需对电气化铁路接触网导线磨耗的监控，及时发现磨耗缺陷位置进行维护，以保证运营安全。因此对接触线磨耗进行定期及时的检测十分有必要。

目前国内对接触线磨耗的测量以采用人工手动测量为主，通过采用千分尺、磨耗测量仪等手动测量设备，无法做到连续、自动地测量，不能及时掌握全线的接触线磨耗情况。而国外对接触线磨耗检测有成熟运用的国家主要是日本和德国，采用线阵相机图像测量法，存在一些设计缺陷，如在接触线偏磨时，会导致测量误差变大。

为解决接触网磨耗测量存在的痛点，结合目前国内成熟的基于机器视觉的非接触式车载式接触网几何参数测量技术，故研究一套车载式接触线磨耗快速测量装置。

2接触线车载式磨耗测量系统的构成

系统主要由以下三部分组成：

2.1车顶设备

车顶设备主要为两组并列安装的基于机器视觉原理的激光光切测量组件，其分别测量拉出值接触网拉出值-500mm～50mm、-50mm～500mm范围内的接触线磨耗检测。接触线磨耗测量装置采用光切法测量组件，其单组接触线磨耗测量线激光器、高清高速面阵相机组成测量三角，向上采集接触网导线的横截面高清图像，接触网导线的横截面高清图像传输至车内检测主机进行处理，计算接触线磨耗。激光光切法测量组件检测示意图如下所示：

激光光切法测量组件采集到的接触线横截面图像如下所示：

利用圆拟合算法计算出接触线圆心位置和半径R，从而得出接触线残存高度值h（或磨损掉的高度值H）：

磨损高度：H = R - sqrt（R*R - 1/4L*L）

残存高度：h = R + sqrt（R*R - 1/4L*L）

2.2 车内设备

车内设备：主要为车载检测主机、电气控制单元、显示套件等配套附件，如下图所示：

车载检测主机接收车顶高清检测相机传输的高清图像，利用专有算法对图像进行处理，识别接触线及横截面轮廓数据，计算接触线磨耗;并接收车底速度信号综合定位系统当前公里标等位置信息并与检测数据相关联;最终将车顶检测图像、数据存储至硬盘内。电气控制单元为车顶、车内、车底设备进行电气控制并对部分信号进行预处理。显示套件为系统提供人机交互界面。

2.3车底设备

车底设备为安装在工程车车轴上的速度传感器，采集车辆运行速度，并计算列车运行里程，为测量磨耗装置提供准确的定位信息。

速度传感器安装示意图如下：

3接触线车载式磨耗测量装置的应用实例

2021年3月-2021年5月，在某高速铁路牵引供电设备运营维护中得到应用，通过本装置完成了该线路接触网的接触线磨耗检测。检测数据如下所示：

1、测试期间接触线上行最大磨耗量为1mm，对应的磨耗面积为4.669mm2，占接触线标称截面积的3.86%，位于某区间1180号定位与1178号定位点之间，该跨属于锚段关节过渡跨。上行最大接触线磨耗点及测试数据曲线如图所示：

2、测试期间接触线下行最大磨耗量为0.999mm，对应的磨耗面积为4.669mm2，占接触线标称截面积的3.86%，位于某区间117号定位与119号定位点之间，该跨属于锚段关节过渡跨。下行最大接触线磨耗点，测试数据曲线如图所示：

3、同时在曲线区段接触线磨耗量普遍大于直线区段。在线路上行某区间，定位号1212处为线路直线和曲线转换的位置，从磨耗数据上可以看出，在曲线段接触线的平均磨耗量大于对应的直线区段。测试磨耗数据曲线如下图所示：

并且通过与人工上线使用游标卡尺等测量接触线定位点接触线磨耗数据进行对比，对比结果见下表。经分析：接触线磨耗检测装置置信水平为95%的误差区间为[0.09，0.22]，即实测磨耗数据误差水平大概为0.09mm～0.22mm，因此本装置满足±0.5mm的指标要求。

结论

通过实际应用证明，该装置能实现四个主要功能：一是能快速有效的检测高铁柔性接触线磨耗，提高了接触线磨耗测量效率;二是稳定的高精度接触线磨耗检测避免了人为导致的测量误差大的问题;三是能有效的对接触偏磨进行检测;四是能连续检测接触线磨耗，可监测全线接触网磨耗情况，避免了单点测量无法监测全线磨耗的弊端，为接触网磨耗监测检修提供全面可靠的依据，提供运营维修维护的自动化水平和工作效率，确保了设备的安全稳定运行，满足现场使用需求，具有良好的经济效益和社会效益。

作者：崔鑫 黄健煜