關(guān)于轉(zhuǎn)巴區(qū)間隧道吊弦燒損分析

劉朝暉

關(guān)于轉(zhuǎn)巴區(qū)間隧道吊弦燒損分析

劉朝暉

介紹了轉(zhuǎn)巴區(qū)間隧道內(nèi)吊弦燒損調(diào)查結(jié)果，根據(jù)吊弦燒損的實(shí)際情況從電氣性能和力學(xué)性能2個(gè)方面展開(kāi)分析，并重點(diǎn)分析了接觸網(wǎng)非主導(dǎo)電回路，同時(shí)針對(duì)問(wèn)題提出了整改措施。

主導(dǎo)電回路；電腐蝕；接觸電阻；電連接；可調(diào)整體吊弦

0 引言

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接觸網(wǎng)檢修時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到接觸網(wǎng)零配件燒損，配件的燒損會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行造成安全隱患，將給人員和設(shè)備帶來(lái)重大損失。重載鐵路發(fā)展帶來(lái)的大運(yùn)量、大牽引電流鐵路運(yùn)輸，要求設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，因此接觸網(wǎng)零配件的燒損對(duì)重載鐵路有著很重要的研究?jī)r(jià)值。

本文重點(diǎn)分析吊弦燒損現(xiàn)象，主要原因是接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路不暢產(chǎn)生的局部回路電流，進(jìn)一步加大了對(duì)接觸網(wǎng)零配件的電腐蝕，再加上電力機(jī)車(chē)受電弓對(duì)接觸網(wǎng)沖擊力和機(jī)械振動(dòng)，導(dǎo)致整體接觸網(wǎng)架空線路張力發(fā)生很大的變化，可能造成接觸網(wǎng)零配件松動(dòng)和配件各方向受力不平衡，進(jìn)一步破壞配件的受力狀態(tài)，最終導(dǎo)致接觸網(wǎng)吊弦燒損。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析

轉(zhuǎn)巴區(qū)間上行隧道內(nèi)發(fā)現(xiàn)可調(diào)整體吊弦心形環(huán)燒損并且有明顯的電腐蝕現(xiàn)象，共計(jì)15處，吊弦損傷處多為定位點(diǎn)兩側(cè)第1根吊弦。隧道參數(shù)如下：隧道長(zhǎng)1 308.5 m；設(shè)計(jì)導(dǎo)高5 750 mm，實(shí)際導(dǎo)高約5 730 mm；設(shè)計(jì)橫向電連接9組，既有橫向電連接12組（工區(qū)加裝1組），設(shè)計(jì)2組錨段關(guān)節(jié)電連接，既有2組錨段關(guān)節(jié)電連接。

（1）根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吊弦松弛程度的檢查發(fā)現(xiàn)，燒損的可調(diào)整體吊弦受力較好，基本排除因吊弦松弛不受力造成吊弦長(zhǎng)期虛接進(jìn)而引發(fā)吊弦鉸接部位放電燒損的可能。

（2）根據(jù)軌道車(chē)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，轉(zhuǎn)龍灣至巴圖塔上行隧道內(nèi)的接觸網(wǎng)導(dǎo)高基本在5 730 mm左右，沒(méi)有出現(xiàn)導(dǎo)高變化過(guò)大的現(xiàn)象，產(chǎn)生拉弧的可能性較小。

（3）從吊弦燒損的位置來(lái)分析，燒損位置均在吊弦的心形環(huán)（鉸接部位）處；大多是在定位器的兩側(cè)的第1根吊弦處，且燒損較為嚴(yán)重。

（4）經(jīng)排查和比對(duì)發(fā)現(xiàn)：a.隧道內(nèi)吊弦有的沒(méi)有上部導(dǎo)流環(huán)，有的沒(méi)有下部導(dǎo)流環(huán)；b.吊弦上部的心形環(huán)是鋼材質(zhì)，吊弦線為銅材質(zhì)，不是同一材質(zhì)。c.燒損的吊弦鉸接部位均為沒(méi)有導(dǎo)流環(huán)的鉸接部位。

從吊弦電腐蝕比較嚴(yán)重的調(diào)查結(jié)果可以得出：通過(guò)吊弦和承力索的電流比較小，但存在局部的導(dǎo)電回路問(wèn)題，由于該現(xiàn)象長(zhǎng)期存在所以對(duì)吊弦的心形環(huán)電腐蝕比較嚴(yán)重，致使吊弦的心形環(huán)出現(xiàn)明顯的“卡脖子”現(xiàn)象，如圖1所示。

轉(zhuǎn)巴區(qū)間接觸線比隧道中接觸線導(dǎo)高約高170 mm，當(dāng)電力機(jī)車(chē)受電弓滑過(guò)接觸線時(shí)，會(huì)對(duì)接觸線形成較大抬升作用，而且接觸線有可能形成正馳度；又因?yàn)榭焖傩旭偟碾娏C(jī)車(chē)受電弓將會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)形成一定的沖擊力，進(jìn)而帶動(dòng)接觸網(wǎng)的接觸懸掛發(fā)生不規(guī)則的機(jī)械振動(dòng)，在此瞬間吊弦心形環(huán)做上下運(yùn)動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步破壞心形環(huán)正常的受力狀態(tài)，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)吊弦心形環(huán)損傷例圖

2 非主導(dǎo)電回路分析

接觸網(wǎng)的主導(dǎo)電回路是指牽引電流從牽引變電所流出經(jīng)過(guò)饋電線到接觸網(wǎng)、電力機(jī)車(chē)，通過(guò)鋼軌或者回流線流回牽引變電所，形成2條主導(dǎo)電回路，如圖2所示。

圖2 主導(dǎo)電回路示意圖

圖2中虛線為主導(dǎo)電回路。主導(dǎo)電回路主要包括接觸線、隔離開(kāi)關(guān)、電連接、饋電線、鋼軌、供電線、回流線等，這是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)而得出的結(jié)論。吊弦和承力索的作用是將接觸線懸掛起來(lái)，并且通過(guò)調(diào)整接觸線的弛度來(lái)改善受流質(zhì)量；當(dāng)承力索中的電流大于牽引電流的10%時(shí)，即可認(rèn)定為主導(dǎo)電回路出現(xiàn)分流，即在接觸網(wǎng)上形成局部的回路電流（非主導(dǎo)電回路）。通常認(rèn)為承力索和接觸線之間、定位器和定位環(huán)之間、上下部固定繩之間等為非主導(dǎo)電回路。

在缺少吊弦上下部導(dǎo)電環(huán)的情況下，發(fā)生非主導(dǎo)電回路的原因主要有3個(gè)：其一，吊弦的心形環(huán)隨著導(dǎo)線的波動(dòng)而進(jìn)行不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)時(shí)，心形環(huán)不斷地與吊弦線夾碰撞，通過(guò)吊弦的電流處于不斷地?cái)嚅_(kāi)和閉合狀態(tài)。其二，由于電力機(jī)車(chē)受電弓從導(dǎo)高6 000 mm處滑向5 730 mm處，受電弓和接觸線產(chǎn)生更大的摩擦力，同時(shí)對(duì)接觸網(wǎng)的接觸懸掛形成較為明顯的抬升趨勢(shì)，使得心形環(huán)和吊弦線夾之間發(fā)生強(qiáng)烈的撞擊和拉伸力，對(duì)配件的完整性有一定的影響，從而導(dǎo)致心形環(huán)和吊弦線夾接觸不緊密，形成一定的接觸電阻。其三，心形環(huán)表面形成一定的化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致配件的導(dǎo)電能力下降。

基于以上分析，隨著某個(gè)零配件導(dǎo)電能力的下降，電阻變大，產(chǎn)生一定的電壓差，最終形成了局部導(dǎo)電回路。接觸電阻增大，零配件的局部溫度增大會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)電氣設(shè)備氧化，導(dǎo)致加熱加速，形成惡性循環(huán)。當(dāng)電氣設(shè)備的配件和發(fā)熱線索的抗拉強(qiáng)度降低，將會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備零部件造成進(jìn)一步的傷害。接觸網(wǎng)的設(shè)備配件總是處在露天的情況下，設(shè)備要經(jīng)歷電的熱效應(yīng)和化學(xué)腐蝕的考驗(yàn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可以看出，主要存在2個(gè)問(wèn)題，第一，吊弦缺少導(dǎo)流環(huán)，致使?fàn)恳娏髁魍ú粫常撎幘妥兂蔂恳W(wǎng)中時(shí)斷時(shí)閉的結(jié)點(diǎn)，為吊弦心形環(huán)電氧化創(chuàng)造了條件，隨著接觸網(wǎng)接觸懸掛不斷波動(dòng)，心形環(huán)受到拉伸力和剪切力的共同作用，進(jìn)一步加大了對(duì)心形環(huán)的損傷。第二，導(dǎo)流環(huán)和吊弦導(dǎo)線是不同材質(zhì)制成，盡管心形環(huán)采用鋼材質(zhì)可以抵抗更大的拉伸力，但不同材質(zhì)的材料導(dǎo)電能力并不相同，使得導(dǎo)電回路不暢通。

定位點(diǎn)處兩側(cè)第 1根吊弦受到的合力是最大的，同時(shí)靠牽引變電所近的一側(cè)吊弦所通過(guò)的電流也較大[1]，因此，定位點(diǎn)處兩側(cè)吊弦會(huì)更容易受到電氧化的影響，形成局部導(dǎo)電回路，導(dǎo)致主導(dǎo)電回路不暢，燒損吊弦。

3 整改措施分析

針對(duì)發(fā)生的吊弦燒損現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)分析提出以下措施：

（1）更換可調(diào)整體吊弦。在隧道中更換可調(diào)整體吊弦受到空間的限制，可以將吊弦的導(dǎo)流環(huán)做小一點(diǎn)，保證可調(diào)整體吊弦上下部都有導(dǎo)流環(huán)，使可調(diào)整體吊弦導(dǎo)流通暢。

若采用整體吊弦，可以提高導(dǎo)電能力，相對(duì)可調(diào)整體吊弦不受空間的限制，但是吊弦的彈性不好，可能會(huì)形成硬點(diǎn)，也不利于整體接觸懸掛的張力平衡；為了解決接觸懸掛張力不平衡可以采用1∶3的補(bǔ)償裝置，以平衡整體的接觸網(wǎng)張力，但效果不是很好。

若采用絕緣吊弦會(huì)增大接觸線的電流負(fù)荷。在隧道外發(fā)生雷電等惡劣天氣或者出現(xiàn)較大的負(fù)荷等情況時(shí)，會(huì)加大整體接觸網(wǎng)上絕緣設(shè)備的耐壓水平，不利于接觸網(wǎng)正常運(yùn)行，且經(jīng)濟(jì)成本較大。

（2）對(duì)于明顯的供電薄弱部分，應(yīng)合理地加大橫向電連接的橫截面積和電連接數(shù)量，但不可以隨意加裝，避免形成更加復(fù)雜的接觸懸掛結(jié)構(gòu)，同時(shí)也增大了安全隱患發(fā)生的可能性和檢修工作量。電連接的內(nèi)部燒損是很難發(fā)現(xiàn)的，要定期組織巡視人員重點(diǎn)巡視，在天窗檢修時(shí)，對(duì)電連接線夾松動(dòng)的螺栓按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求緊固，并且清理線夾內(nèi)的污垢，打磨線夾和給導(dǎo)線涂導(dǎo)電膏，保證導(dǎo)電通暢。

（3）疏理接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路，加大對(duì)吸上線檢查，重點(diǎn)檢查吸上線連接到扼流變壓器中性點(diǎn)處螺栓是否緊固；上網(wǎng)點(diǎn)的檢查，主要看試溫片顏色的變化及其線夾狀態(tài)、接觸線的磨耗程度、接觸線是否有扭面、在定位點(diǎn)處是否有硬點(diǎn)等；載流承力索的電流要受到通過(guò)吊弦線索電流總量的限制，因此不能采用較大橫截面積的銅吊弦，在檢修時(shí)應(yīng)注意觀察銅承力索絞線斷股狀態(tài)。

（4）檢查隔離開(kāi)關(guān)引線是否接錯(cuò)，造成接觸網(wǎng)零配件燒損；隔離開(kāi)關(guān)引線與接觸網(wǎng)設(shè)備線夾是否連接牢靠。

（5）檢查接地線夾和測(cè)量接地電阻，當(dāng)發(fā)生短路故障且短路電流不足以引發(fā)饋線開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，短路電流通過(guò)較大的接地電阻降低電流大小，可能會(huì)將支柱燒毀或者接觸網(wǎng)其他供電設(shè)備燒損，在隧道中，可能會(huì)造成埋入桿件燒損，形成大面積停電。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)吊弦出現(xiàn)大面積電腐蝕現(xiàn)象，找到了分析吊弦的線索，通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路和非主導(dǎo)電回路的分析，得出該分析過(guò)程要將電氣和力學(xué)影響進(jìn)行綜合考慮，最終找出比較可行的解決方案。

[1] 鐵道部電化工程局電氣化勘探測(cè)設(shè)計(jì)處.電氣化鐵道設(shè)計(jì)手冊(cè)接觸網(wǎng)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1988.

[2] 張萬(wàn)里.接觸網(wǎng)工技術(shù)問(wèn)答850題[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[3] 史國(guó)強(qiáng).電氣化鐵路接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路燒傷問(wèn)題的探討[J]. 上海鐵道科技，2008，（2）：28-29.

[4] 李傳軍.電氣化鐵路接觸網(wǎng)電氣燒傷事故的研究[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)，2011，（6）：132.

[5] 劉宇紅.牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路不暢引起的事故種類(lèi)、形成原因和預(yù)防措施[J]. 內(nèi)蒙古煤碳經(jīng)濟(jì)，2014，（01）：128-129.

Introduces investigation results of burning out of droppers inside of tunnel at Zhuan-Ba section, starts analyzing the actual situations of burning out of droppers based on two aspects of electrical performance and mechanical property, analyzes in emphasis non-main conducting circuit of overhead contact system, puts forward the rectifying measures for the occurred problems.

Main conducting circuit; electric corrosion; contact resistance; electric connection; adjustable integral droppers

U225.4+8

：B

：1007-936X(2015)04-0011-03

2015-02-03

劉朝暉.神華包神鐵路有限責(zé)任公司，工程師，電話(huà)：15949401617。