京广扩能工程接触网锚段关节结构优化

吴昊

摘 要：对京广扩能工程中郑州北站既有的锚段关节的特点进行分析，提出改进方案。通过论证后指出对既有关节进行稍加改造后便可提高线路稳定性，满足繁忙站场运输需要。

关键词：接触网;锚段关节;铁路

在我国电气化铁路的接触网设计中，锚段布置长度根据现场情况各不相同，锚段两头通过下锚补偿装置使接触线和承力索可以随温度变化自由伸缩，以保持其张力恒定。而在两个锚段的过渡区域需要设置一段重叠区，以保证受电弓的平顺运行，该重叠区称之为锚段关节。按其电气是否连接可以分为“非绝缘锚段关节”与“绝缘锚段关节”，根据其跨数可以分为3跨、4跨、5跨、7跨等锚段关节，在中国使用最为广泛的时3跨和4跨锚段关节。郑州北站是亚洲最大的编组站，每天都有繁忙的货运运输，然而既有未经改造的“三跨”绝缘锚段关节弓网关系存在缺陷，在京广线扩能改造之际，从功能性、安全性、改造成本等方面考虑，探讨既有锚段关节改造的可行性。

1 关于锚段关节的选用条件

对于各种形式的接触网来说锚段关节部位都是容易产生硬点的部位。在硬点部位容易出现磨损严重、产生电弧及瞬时过大接触压力等情况，所以，需要优化锚段关节处的接触网弹性，使这些部位的最大正压力与其他工作点的压力值保持顺滑平稳。而改进方案主要通过增加接触线的张力使锚段关节处弹性降低，或者缩短锚段关节处每跨的间距来缩小悬挂点的弯矩。

1.1 锚段关节的选用条件

（1）锚段关节的跨距数。既有的3跨式锚段关节中，两锚段是在中间跨进行过渡的。电力机车在低速行驶时至两转换柱之间时，受电弓将同时与两条接触线相接触，并滑过约1/3跨距的距离。所以非工作支的接触线在两个转换柱处需要分别抬高约500毫米。但是如果将跨距缩短并且将接触线张力提高那么受電弓同时接触两条接触线的距离将达不到1/3跨距的要求，因而如若要提高锚段关节的稳定性则必须增加跨数，使其大于三个跨距。

而四跨式锚段关节，受电弓同时与两条接触线接触的区域仅为一个悬挂点，并且两条接触线悬挂等高，容易造成悬挂负载集中。使此处悬挂点产生较高的正压力，在受电弓长期运行时容易使该处加速磨损。

（2）锚段关节抗风性。检验承导线结构的抗风性的关键在于，验证承导线在大风天气下的动态包络线是否满足弓网关系，确保其满足正常工作状态。在强风下偏移时的运行状态也直接关系到承导线供电稳定性以及弓网的取流。在风向与承导线越接近垂直时，承导线所收的风力也最大。根据准静态空气动力学方法。

式中C为载体系数，A为结构迎风面积（m²），ρ为空气密度（kg/m³）。

然而风载并不是平均的，需要考虑脉动风对其影响。脉动风的风速V（t）为：

式中，U 为平均风速，v（t）为脉动风速。瞬时风压为：

由公式可以看出接触线越粗，其受风面积越大。但随着截面积增大，线索的结构刚度也会变大，故线索的直径粗细对承导线抗风性影响效果不明显。然而通过增加承力索初始张力，可以使结构防风性增强[1]。

1.2 锚段关节跨距长度

要提高锚段关节的安全性稳定性，需要增加锚段关节的跨数，如今广泛应用的是4跨锚段关节。如果利用现有支柱，保持既有支柱布局则需要延锚，就会造成既有支柱负荷大大增加降低了运行的安全性。并且延锚会使导线的接头数量变多，使运行的可靠性反而更低。同时也使得工程成本大大增加。

郑州北站上直通场1锚段与3锚段的锚段关节跨距为65米，如若利用本次扩能改造，在更换旧支柱的同时增加1根新支柱，可以将旧3跨改为4跨，每跨仅为49米，不但缩短了跨距，也增强其抗风性。

2 关节处的导高与拉出值

2.1 关节处的导高

跨距在55米以内的3跨锚段关节和4跨锚段关节，接触线非支抬高均为500毫米。跨距在55米以上时，非工作支的抬高为600毫米。而京广扩能改造工程设计的，绝缘锚段关节或非绝缘锚段关节的转换柱处接触线非支抬高均为500毫米。

2.2 关节处的拉出值

非支接触线在转换柱的拉出值控制在不超过在400毫米，以使得每个定位器均保持在受拉状态。

2.3 分析

（1）3跨关节：

图1中，每个转换柱非工作支接触线抬高为500毫米，工作支的拉出值为200毫米而非工作支的拉出值700毫米，假设受电弓在运行中抬升100毫米，则在两转换柱间受电弓将同时接触两条接触线，而非制的接触线拉出值有可能达到500毫米，如若再考虑到有风情况下风偏200毫米，使得非支拉出值偏大，会导致受电弓钻入非支。而在本次扩能改造工程中，为减小转换柱间的接触线斜率，把原瓷绝缘子换成了体积更小的复合绝缘子，使得抬高量更小，很容易造成非工作支的钻弓。

为保证锚段关节处工作支与非工作支运行顺滑，需要使过渡区域的接触线等高，或者在交叉点略微抬高。在受电弓运行中，出现了硬点，容易造成打弓或拉弧的情况。

（2）4跨锚段关节。本次扩能改造采用的4跨绝缘锚段关节的平面图见图2。图2中ZF1、ZF2转换柱处，非工作支抬高为500毫米，接触线是在ZF1、ZF2间过渡。能够使得电力机车在锚段关节处运行不会钻入非支。

2.4 小结

将既有的3跨绝缘关节改为4跨绝缘关节，并通过调整跨距、转换柱处拉出值、接触线高度、风偏等，使受电弓运行可靠性大大增加，避免受电弓钻入非工作支。

3 结束语

锚段关节的弓网特性影响着列车的安全运行，通过调整接触线高度、跨距与拉出值的布置方式即可提高安全运行条件，并且将3跨改为4跨锚段关节只需稍加改造，在不过多增加成本的基础上即可满足大运量站场的需要，性价比十分优越。

参考文献：

[1]王迎波.四跨绝缘锚段关节风振相应影响分析[D].西南交通大学，2012.