株洲樞紐絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)斷線原因分析及對策

李國平

1 絕緣錨段關(guān)節(jié)處接觸網(wǎng)線索斷線情況

自2006年以來，株洲樞紐西機(jī)走線絕緣錨段關(guān)節(jié)中心柱103#支柱附近承力索燒斷2次、接觸線燒斷3次，嚴(yán)重影響供電、行車安全。從這5次斷線故障中，列舉2件典型故障如下。

（1）2009年10月23日11：06，因SS6B6007號電力機(jī)車違章停在“禁?！眳^(qū)域，即停在株洲樞紐西機(jī)走線絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi) 103#中心柱與 104#轉(zhuǎn)換柱間，燒斷接觸線，致使株北變電所219斷路器及株北開閉所294斷路器跳閘，重合閘均不成功。搶修人員于 11：40—11：53對接觸線進(jìn)行了臨時(shí)恢復(fù)處理，11：55恢復(fù)供電。

（2）2010年3月28日14：30，株洲樞紐Ⅶ場與Ⅲ場間西機(jī)走線絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi) 103#與 104#支柱間承力索斷線，承力索斷頭未接觸地面，變電所未跳閘，搶修人員封鎖西機(jī)走線，禁止機(jī)車通過。18：12—20：12，搶修人員對故障點(diǎn)的接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行搶修處理，處理后恢復(fù)正常供電、行車。

株洲樞紐西機(jī)走線位于株北Ⅶ場（交換場）與株北Ⅲ場（下行出發(fā)場）之間，Ⅶ場的D702調(diào)車信號機(jī)與Ⅲ場D105調(diào)車信號機(jī)的距離為369.1 m，絕緣錨段關(guān)節(jié)位于D702信號機(jī)與D105調(diào)車信號機(jī)之間的101#—105#支柱，其中101#錨柱與D702調(diào)車信號機(jī)的距離為 234.7 m，105#錨柱與 D105信號機(jī)的距離僅8.7 m，絕緣錨段關(guān)節(jié)具體位置見圖1。

圖1 絕緣錨段關(guān)節(jié)位置示意圖（單位：m）

2 絕緣錨段關(guān)節(jié)位置不利因素分析

西機(jī)走線絕緣錨段關(guān)節(jié)位置的不利因素有：

（1）絕緣錨段關(guān)節(jié)的一支接觸懸掛（Ⅶ場錨段）由株北開閉所294饋線供電，另一支接觸懸掛（Ⅲ場錨段）由株北變電所219饋線供電。294饋線、219饋線均由株北變電所β相供電，294饋線的供電范圍包括株洲機(jī)務(wù)段、株北Ⅶ場（交換場），219饋線的供電范圍為III場（下行出發(fā)場），2條饋線的上網(wǎng)點(diǎn)與絕緣錨段關(guān)節(jié)間的距離不同，即上網(wǎng)點(diǎn)到絕緣錨段關(guān)節(jié)間的電位差不同；機(jī)務(wù)段、交換場、出發(fā)場的電力機(jī)車的運(yùn)行時(shí)段、電力機(jī)車運(yùn)行密度均不相同，眾多因素造成絕緣錨段關(guān)節(jié)處2支接觸懸掛間存在較大電位差，機(jī)車通過時(shí)拉弧燒傷承力索、接觸線。

（2）絕緣錨段關(guān)節(jié)兩端設(shè)置調(diào)車信號機(jī)，其中D105信號機(jī)距離105#支柱只有8.7 m，電力機(jī)車從Ⅶ場進(jìn)入Ⅲ場時(shí)，經(jīng)常需要在西機(jī)走線 100#—101#支柱間停車等待調(diào)車信號，待調(diào)車信號開放后，電力機(jī)車啟動(dòng)并馬上駛?cè)虢^緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)，機(jī)車通過絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)的運(yùn)行速度很慢，必然造成強(qiáng)烈拉弧，燒傷承力索、接觸線。

（3）D105調(diào)車信號機(jī)設(shè)置距離絕緣錨段關(guān)節(jié)較近，電力機(jī)車需要從Ⅶ場進(jìn)入Ⅲ場時(shí)，機(jī)車司機(jī)容易將電力機(jī)車錯(cuò)誤停在絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)，燒斷接觸線。

3 線索燒損斷線原因分析

對2次斷線原因的分析：

（1）接觸線斷線原因分析。從接觸線斷頭來看，接觸線斷頭處為圓錐狀，且有明顯的燒傷痕跡。斷線的原因是SS6B6007號電力機(jī)車司機(jī)違反操作規(guī)定，將電力機(jī)車停在“禁?！眳^(qū)域內(nèi)，即停在株洲樞紐西機(jī)走線103#中心柱與104#轉(zhuǎn)換柱間，因電力機(jī)車受電弓與接觸網(wǎng)工作支接觸良好，但與非工作支（株北變電所219饋線供電）接觸不良，兩者間有電壓差，從而導(dǎo)致受電弓與非工作支接觸線間放電、拉弧，長時(shí)間放電、拉弧使非工作支接觸線局部溫度升高、軟化，在接觸線補(bǔ)償張力的作用下，接觸線拉斷、接地，造成接觸線斷線故障；株北變電所219斷路器及株北開閉所294斷路器跳閘，重合閘均不成功。

（2）銅承力索斷線原因分析：現(xiàn)場承力索為銅質(zhì)承力索（承力索型號為TJ-127，共19股），外層12股絞線均為燒斷痕跡，且斷口附近有較多的燒傷痕跡，大部分為舊痕；斷頭內(nèi)層7股絞線為拉斷痕跡。從上述現(xiàn)象分析，由于101#—105#支柱間四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)作為Ⅶ場與Ⅲ場之間的電分段用途，當(dāng)電力機(jī)車運(yùn)行到轉(zhuǎn)換柱至中心柱間時(shí)，機(jī)車受電弓取流要從錨段關(guān)節(jié)一支接觸線過渡到另一支接觸線，由于2支接觸線分別由Ⅶ場、Ⅲ場供電，兩線間存在電壓差，過渡過程中受電弓繼續(xù)取流，導(dǎo)致產(chǎn)生電弧，燒傷接觸線，同時(shí)電弧往上竄燒傷承力索，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行車速緩慢時(shí)，產(chǎn)生的電弧更嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間更長。長期的電弧燒傷、燒損積累，從而導(dǎo)致承力索外層12股燒斷，在承力索張力作用下，內(nèi)層7股絞線被拉斷，最終造成斷線故障。

4 采取的對策

綜合以上分析，提出如下2種解決方案。

（1）方案 1，將絕緣錨段關(guān)節(jié)北移。將四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)向Ⅶ場方向移動(dòng)4個(gè)跨距計(jì)121.7 m，即由101#—105#支柱間向北移至97#—101#支柱間，拉大絕緣錨段關(guān)節(jié)與Ⅲ場調(diào)車信號機(jī) D105的距離，同時(shí)也使絕緣錨段關(guān)節(jié)與Ⅶ場D702信號機(jī)保持足夠的距離，移動(dòng)后絕緣錨段關(guān)節(jié)距Ⅲ場調(diào)車信號機(jī)（D105）134.4 m，距Ⅶ場調(diào)車信號機(jī)（D702）113.0 m；改造后可以滿足電力機(jī)車通過絕緣錨段關(guān)節(jié)后在D105、D702信號機(jī)前方（101#—105#或97#—101#支柱間）等待信號開放，杜絕電力機(jī)車在絕緣錨段關(guān)節(jié)附近啟動(dòng)后立即進(jìn)入絕緣錨段關(guān)節(jié)，以緩慢的速度經(jīng)過絕緣錨段關(guān)節(jié)造成強(qiáng)烈拉弧，導(dǎo)致承力索、接觸線發(fā)生燒傷現(xiàn)象。

改造后兩錨段分別為1 859.7，1 844.3 m，滿足《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

圖2為改造后接觸網(wǎng)設(shè)備布置情況示意圖。

（2）方案 2，將絕緣錨段關(guān)節(jié)改為分相絕緣器元件?？紤]到西機(jī)走線絕緣錨段關(guān)節(jié)存在較大電位差，電力機(jī)車通過時(shí)拉弧燒傷、燒斷承力索或接觸線，將原絕緣錨段關(guān)節(jié)改造為非絕緣錨段關(guān)節(jié)，然后在西機(jī)走線調(diào)車信號機(jī)D702、D105間中心點(diǎn)附近的99#支柱兩側(cè)設(shè)立2組分相絕緣器元件，將219饋線與294饋線2條供電臂的電源分開。分相絕緣器屬運(yùn)用時(shí)間較長，有成熟運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備，能夠很好地解決電位差較大引起的拉弧等問題。

圖2 方案1改造后示意圖（單位：m）

改造后分相元件及“斷”、“合”標(biāo)的設(shè)置。如果按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的規(guī)定設(shè)置正反向“斷”、“合”標(biāo)，則電力機(jī)車斷電惰行的距離最少為90 m，因此，在進(jìn)行斷電操作時(shí)，電力機(jī)車應(yīng)保持一定的速度，才能保證其能順利通過分相無電區(qū)。由于西機(jī)走線位置條件制約，不宜設(shè)置電力機(jī)車自動(dòng)過分相裝置，只能采取手動(dòng)操作過分相，在操作上對司機(jī)的要求較高，再加上和諧型電力機(jī)車惰行性能差，容易造成電力機(jī)車停在分相無電區(qū)內(nèi)。為解決該問題，經(jīng)供電段與機(jī)務(wù)段協(xié)商、研究，對分相絕緣器元件的安裝及“斷”、“合”標(biāo)的設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)：

①分相絕緣器元件由3個(gè)改為2個(gè)，無電區(qū)由30 m改為10 m。

②“斷”標(biāo)與第1個(gè)分相絕緣器元件的距離由30 m縮短至10 m，并在距“斷”標(biāo)10 m處增設(shè)電力機(jī)車斷開主斷路器的預(yù)告標(biāo)志牌“前方10 m斷主斷”，在距第2個(gè)分相絕緣器10 m處設(shè)置“合”標(biāo)。反向行車按照該標(biāo)準(zhǔn)在行車方向左側(cè)另行設(shè)置1套預(yù)告、“斷”、“合”標(biāo)志牌。

“斷”、“合”標(biāo)距離 D702、D105 分別為 159.1，180 m，電力機(jī)車斷電惰行的距離從90 m縮短至30 m左右，降低了機(jī)車司機(jī)的操作難度，可以有效地防止電力機(jī)車停在分相無電區(qū)內(nèi)。

改造后，接觸網(wǎng)設(shè)備布置及預(yù)告、“斷”、“合”標(biāo)志牌設(shè)置位置情況見圖3。

圖3 改造后方案2示意圖（單位：m）

2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較：

（1）方案1優(yōu)點(diǎn)。絕緣錨段關(guān)節(jié)往北移后，電力機(jī)車可以通過絕緣錨段關(guān)節(jié)后在D105、D702調(diào)車信號機(jī)前等待信號開放，避免電力機(jī)車在絕緣錨段關(guān)節(jié)附近停車，啟動(dòng)后以緩慢的速度通過絕緣錨段關(guān)節(jié)造成拉弧嚴(yán)重的現(xiàn)象，減少了對接觸線和承力索的損傷程度；與方案2相比，采用方案1后，電力機(jī)車在西機(jī)走線上運(yùn)行時(shí)，司機(jī)不需要進(jìn)行電力機(jī)車主斷路器的斷、合操作，司機(jī)操作工作量小。

（2）方案1缺點(diǎn)。絕緣錨段關(guān)節(jié)僅是位置北移，絕緣錨段關(guān)節(jié)仍然存在，即錨段關(guān)節(jié)間電位差存在，電力機(jī)車通過絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)拉弧、放電現(xiàn)象仍不能消除；絕緣錨段關(guān)節(jié)北移需重新設(shè)置1個(gè)新的錨段關(guān)節(jié)，需重新立2根錨柱，錨柱下錨拉線位置受地形限制，設(shè)置困難，且改造工程量大，投資較多。

（3）方案2優(yōu)點(diǎn)。采用分相絕緣器元件后，絕緣錨段關(guān)節(jié)改造非絕緣錨段關(guān)節(jié)，從根本上消除了電力機(jī)車通過錨段關(guān)節(jié)時(shí)的拉弧、放電現(xiàn)象，且對分相絕緣器元件的維護(hù)、保養(yǎng)，設(shè)備管理單位有較豐富的經(jīng)驗(yàn)；與方案1相比，采用分相絕緣器元件不受地形條件限制，且改造工程量小、施工工藝簡單、投資少，改造方案易于實(shí)現(xiàn)。

（4）方案2缺點(diǎn)。在西機(jī)走線設(shè)置分相絕緣器，電力機(jī)車在通過分相絕緣器時(shí)，司機(jī)需進(jìn)行主斷路器的斷、合操作，斷電通過分相絕緣器后，需在D105、D702調(diào)車信號機(jī)前停車等待信號開放，增加了司機(jī)操作的工作量。

綜合考慮2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，推選方案2。

5 結(jié)束語

作為供電分段用的絕緣錨段關(guān)節(jié)，由于關(guān)節(jié)內(nèi)的2支接觸懸掛由不同的饋線供電，懸掛間必然存在電位差，電力機(jī)車通過時(shí)會(huì)有拉弧、放電現(xiàn)象，燒傷關(guān)節(jié)內(nèi)的承力索、接觸線。在不能進(jìn)行技術(shù)改造的條件下，電力機(jī)車在通過該絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)應(yīng)保持一定的速度，減少拉弧、放電對承力索、接觸線的傷害；在檢修養(yǎng)護(hù)方面，檢修人員要定期對錨段關(guān)節(jié)兩轉(zhuǎn)換柱間承力索、接觸線燒傷情況進(jìn)行檢查，對燒損嚴(yán)重的線索進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)或更換，防止發(fā)生斷線故障；為防止電弧燒傷承力索，可在承力索上纏繞保護(hù)條。