四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)的缺陷分析和應(yīng)對(duì)措施

李 瑞

(中鐵電氣化局，天津 300380)

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)和接觸網(wǎng)系統(tǒng)三部分。牽引變電系統(tǒng)主要起著電壓的變換、電能的運(yùn)輸和分配的作用，變配電系統(tǒng)主要起著為牽引供電正常運(yùn)行的各關(guān)鍵設(shè)備供電的作用，接觸網(wǎng)系統(tǒng)主要起著讓電力機(jī)車獲取電能的作用。

接觸網(wǎng)系統(tǒng)與電力輸電線有許多相似之處，但還要滿足電力牽引機(jī)車滑行不間斷取電要求，由于其獨(dú)特的架設(shè)和工作方式，空間環(huán)境限制嚴(yán)格，可調(diào)范圍非常有限，易受氣候環(huán)境影響，電磁環(huán)境復(fù)雜，特殊的弓網(wǎng)耦合關(guān)系決定了無(wú)法配置備用系統(tǒng)。這些特性都體現(xiàn)了接觸網(wǎng)具有的唯一性和重要性，它的安全穩(wěn)定直接關(guān)系到整個(gè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的安全。

2 京滬高鐵接觸網(wǎng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

(1)高速正線一般采用全補(bǔ)償彈性鏈型懸掛，其余線路一般采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛。

(2)接觸網(wǎng)單腕臂支柱一般采用熱浸鍍鋅H 型鋼柱，硬橫跨支柱一般采用φ350 mm 鋼管柱(加強(qiáng)線區(qū)段柱頂預(yù)留支柱絕緣子連接條件)。

(3)路基地段支柱高度一般為7.8 m，合架供電線路區(qū)段一般為11 m，橋梁地段一般為7.6 m。

(4)接觸線工作支懸掛點(diǎn)距軌面連線的高度為5 300 mm，誤差允許范圍為-20～+40 mm。

(5)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度，高速正線一般為1 600 mm，隧道內(nèi)、聯(lián)絡(luò)線、動(dòng)車段線路等一般為1 400 mm，跨線建筑物、封閉雨棚、隧道等受凈空限制時(shí)結(jié)構(gòu)高度可酌情減小。

(6)直線區(qū)段拉出值一般為±200 mm，曲線區(qū)段根據(jù)超高不同設(shè)置不同，非絕緣錨段關(guān)節(jié)和絕緣錨段關(guān)節(jié)平面布置相同，中心柱一般為一個(gè)正定位一個(gè)反定位，拉出值分別為+250 mm，-250 mm。

(7)定位器選用Z型組合定位器，長(zhǎng)度選擇一般原則為定位器長(zhǎng)度L(mm)+拉出值a(mm)≥1 350 mm。

(8)錨段關(guān)節(jié)一般采用四跨形式，但轉(zhuǎn)換跨距不應(yīng)小于45 m；否則采用五跨形式，接觸線懸掛高度為H，接觸線在錨段關(guān)節(jié)中的高度為：

接觸線在中心柱處的高度H1=H+20 mm；

接觸線在轉(zhuǎn)換柱處的高度H2=H+(350～500)mm；

接觸線下錨支高度H3=H+500 mm。

(9)跨距在路基區(qū)段一般不大于55 m，橋梁、隧道區(qū)段一般不大于50 m，轉(zhuǎn)換跨距一般為50 m，相鄰跨距之差不得大于10 m。

3 故障情況

(1)2013年7月1日10時(shí)00分巡視人員反饋滄州西站上行出站口209 km處腕臂傾斜，經(jīng)檢查確認(rèn)發(fā)現(xiàn)滄州西站12#(K209+397)位置處定位器導(dǎo)線端從定位線夾處脫出。

(2)2017年3月6日9時(shí)50分京廊區(qū)間上行77 km處接觸網(wǎng)設(shè)備斜拉桿疑似脫落，列車降弓通過(guò)，現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)發(fā)現(xiàn)628#(K77+726)中心柱正定位線夾從定位器中脫出。

(3)從2011年開通以來(lái)，四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)中心柱定位器掛鉤與定位器底座之間的磨耗與其他處定位器的相同部位磨耗相比，普遍嚴(yán)重，且此處定位器線夾處的U型固定銷與其他處相比，磨損率和變形率也較為嚴(yán)重。

綜合以上事故和異常情況來(lái)看，定位器脫落故障和定位器某些部位的異常磨耗都發(fā)生在四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)，因此應(yīng)該認(rèn)真分析此關(guān)節(jié)的特點(diǎn)和引發(fā)故障的主要原因，并制定相應(yīng)的對(duì)策。

4 故障分析

四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)包括一棵中心柱，兩棵轉(zhuǎn)換柱和兩棵落錨柱共四跨，中心柱兩側(cè)各5 m處布置有第一根吊弦，在此區(qū)段兩根接觸線應(yīng)該處于等高段，轉(zhuǎn)換柱處非支較工支抬高500 mm，接觸線和承力索水平間距500 mm，靠近中心柱側(cè)懸掛為非支。經(jīng)數(shù)據(jù)積累和分析，發(fā)現(xiàn)京滬高鐵接觸網(wǎng)四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響接觸網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，造成以下問(wèn)題。

(1)京滬高鐵接觸網(wǎng)系統(tǒng)的四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)的中心柱定位結(jié)構(gòu)為一個(gè)正定位、一個(gè)反定位的組合形式，此種形式在直線區(qū)段問(wèn)題較小，但是在曲線區(qū)段會(huì)表現(xiàn)出曲線內(nèi)的正定位形式和曲線外的反定位形式，由于曲線中區(qū)段的線路特性決定了其定位器的拉出值雖滿足要求，但是其受力卻不符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(小于80 N)，甚至有不受力的情況存在。

當(dāng)機(jī)車的受電弓通過(guò)定位器定位點(diǎn)和其周邊接觸線時(shí)，由于受力特點(diǎn)，與正常受力的定位器相比，此處定位器相關(guān)物理性能的機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)度提高，持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，造成定位器支座與定位器連接掛鉤部位及其他連接部位(比如Z型定位器的導(dǎo)線定位線夾和定位器連接處的U型銷固定部位)磨損程度增加，造成安全隱患，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，就有可能發(fā)生定位器脫落故障。

(2)在中心柱處接觸線抬高形成的“屋脊”，造成硬點(diǎn)及火花。由圖1可知，由于設(shè)計(jì)給出的參數(shù)為轉(zhuǎn)換柱處非支較工支抬高500 mm，兩支柱的跨距一般為55 m，為了簡(jiǎn)化計(jì)算方式，忽略線索本身的弧度因素，通過(guò)公式

(1)

可得d≈40 mm?？紤]線索弧度的影響，即肯定d<40 mm，也就是說(shuō)當(dāng)?shù)谝桓跸姨幍跸椅恢谜綐O限誤差時(shí)，雖然此處接觸線高度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但會(huì)在中心柱定位點(diǎn)處形成硬點(diǎn)，產(chǎn)生屋脊現(xiàn)象，當(dāng)受電弓通過(guò)時(shí)發(fā)生電流拉弧。

圖1 錨段關(guān)節(jié)簡(jiǎn)效示意圖

5 應(yīng)對(duì)措施

(1)定位器由Z型換為A型。A型定位器線夾為一體成型，不使用U型銷固定線夾，所以不存在安裝不到位而磨損的問(wèn)題。定位器掛鉤材質(zhì)采用耐磨型。但由于定位器使用量太大，建議在條件合適時(shí)(大修)分批更換。

(2)通過(guò)調(diào)整拉出值(個(gè)別定位形式需要更換)使受力不滿足條件的定位器滿足不小于80 N的拉力標(biāo)準(zhǔn)，消除定位器、定位支座、定位線夾U型固定銷的磨損隱患。

①直線區(qū)段：調(diào)整中心柱正、反定位兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱，工支接觸線拉出值加大100 mm，非工作支拉出值減小100 mm。

②曲線區(qū)段：中心柱定位器采用雙拉雙壓設(shè)置時(shí)，定位器角度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，且保證跨越導(dǎo)線支定位器支座最低點(diǎn)與接觸線的距離不小于200 mm，跨越導(dǎo)線支定位器與所跨越的導(dǎo)線間隙不小于100 mm，接觸網(wǎng)任何零部件不得侵入受電弓最大動(dòng)態(tài)包絡(luò)線。

曲外支柱：調(diào)整中心柱正定位兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱工支和非支，接觸線拉出值各減小50～100 mm；調(diào)整中心柱反定位兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱工支和非支，工支接觸線拉出值加大50～100 mm，非支接觸線拉出值減小50～100 mm。

曲內(nèi)支柱：調(diào)整中心柱正定位兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱工支和非支，工支接觸線拉出值加大50～100 mm，非支接觸線拉出值減小50～100 mm；調(diào)整中心柱反定位兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱工支和非支，接觸線拉出值各減小50～100 mm。

③絕緣關(guān)節(jié)保證兩支導(dǎo)線水平間距不小于450 mm；非絕緣關(guān)節(jié)兩支導(dǎo)線水平間距300～500 mm。

④調(diào)整后的工作支接觸線拉出值不應(yīng)大于350 mm。

⑤當(dāng)定位器鉤和定位器支座已磨損嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)予以更換。

(3)降低轉(zhuǎn)換柱處接觸線非工作支高度，利用圖1和公式(1)計(jì)算得出，接觸線非支抬高以不低于350 mm為原則，d≈31.8 mm,遠(yuǎn)小于40 mm的誤差邊界條件，說(shuō)明了中心柱的兩接觸線過(guò)渡區(qū)段，即等高區(qū)段明顯增長(zhǎng)，避免了硬點(diǎn)的出現(xiàn)，解決了轉(zhuǎn)換柱跨內(nèi)接觸線抬高量過(guò)大問(wèn)題，以及中心柱處的接觸線形成“屋脊”的問(wèn)題。

(4)更換、調(diào)整中心柱至轉(zhuǎn)換柱間的吊弦，使跨距內(nèi)的吊弦所受載荷均勻，以改善接觸網(wǎng)的彈性。

(5)通過(guò)調(diào)整，保證非絕緣錨段關(guān)節(jié)處受電弓過(guò)渡時(shí)接觸懸掛處于良好的工作狀態(tài)。

(6)PW線降高：凡是PW線肩架安裝在兩棘輪底座之間者(支柱加高者除外)，均改移至接觸線棘輪底座與下腕臂底座之間安裝，并宜盡量靠近接觸線棘輪底座下方。

6 結(jié)語(yǔ)

以上的整改措施能顯著提高接觸網(wǎng)四跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)的安全性和穩(wěn)定性，可以有效避免出現(xiàn)影響行車安全的故障或現(xiàn)象。此整治措施已經(jīng)在京滬高鐵全線實(shí)施，并且此問(wèn)題已引起各設(shè)計(jì)院、科研單位和鐵路總公司等相關(guān)部門的廣泛關(guān)注，通過(guò)借鑒和分析，可以在鐵路建設(shè)和規(guī)劃設(shè)計(jì)之初就完全避免此問(wèn)題，提高經(jīng)濟(jì)性和安全性。