基于EVB仿真技術(shù)的接觸網(wǎng)軟橫跨零部件燒損問(wèn)題研究

胡曉磊，孫兆銀，張之明

0 引言

2020年，中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)公司管內(nèi)普速線路連續(xù)發(fā)生5起軟橫跨定位器定位鉤燒蝕脫落故障，分析故障現(xiàn)象特點(diǎn)均為定位鉤與支座耳環(huán)處發(fā)生燒蝕，表明經(jīng)常存在大電流通過(guò)軟橫跨橫向線索（橫承、上下部固定繩）至定位器底座和定位器。筆者查閱現(xiàn)行接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)施工圖等技術(shù)資料，并未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)存在明顯違反規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)之處，但該類實(shí)際問(wèn)題的出現(xiàn)反映了在通用設(shè)計(jì)規(guī)范基礎(chǔ)上針對(duì)不同工況下軟橫跨周邊主導(dǎo)電回路結(jié)構(gòu)優(yōu)化、細(xì)化補(bǔ)強(qiáng)的必要性。為此，本文將針對(duì)該類問(wèn)題抽象建模進(jìn)行仿真分析研究，供接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)維技術(shù)人員參考。

1 典型故障分析

本文選取5起故障中的2起進(jìn)行具體分析。

1.1 邯長(zhǎng)線什里店站下行16-19#軟橫跨機(jī)待線定位器脫落故障

邯長(zhǎng)線什里店站接觸網(wǎng)設(shè)備由新固鎮(zhèn)變電所供電，故障發(fā)生處距離新固鎮(zhèn)變電所約7.5 km，如圖1所示。

圖1 什里店站接觸網(wǎng)供電示意圖

什里店站接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路如圖2所示。什里店站16-19#軟橫跨為來(lái)電方向懸掛Ⅰ道接觸網(wǎng)與 機(jī)待線接觸網(wǎng)的第一組軟橫跨，在站內(nèi)40-43#、54-57#兩組軟橫跨分別設(shè)置了兩組股道電連接，距離16-19#軟橫跨最近為510 m；16-19#軟橫跨處距離機(jī)待線最近的電連接設(shè)置在7號(hào)線岔處，距離16-19#軟橫跨125 m。由此可知機(jī)待線正常的主導(dǎo)電回路為：Ⅰ道正線→5號(hào)線岔→7號(hào)線岔→機(jī)待線，如圖2所示。

圖2 什里店站接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路示意圖

什里店站接觸網(wǎng)設(shè)備于2015年投運(yùn)，機(jī)待線19#定位安裝形式為軟橫跨節(jié)點(diǎn)5形式，采用鋼制非限位定位器、鋼制定位環(huán)線夾，定位器與定位環(huán)線夾間無(wú)電氣連接線?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)定位鉤與定位環(huán)存在嚴(yán)重電腐蝕現(xiàn)象，定位環(huán)出現(xiàn)缺口損壞，定位鉤幾乎斷裂。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況表明：16-19#軟橫跨橫向線索至定位鉤、定位環(huán)間長(zhǎng)期存在大電流，形成了分流導(dǎo)電回路，如圖3所示。

圖3 軟橫跨分流情況示意圖

1.2 唐呼線豐潤(rùn)西站17-18#軟橫跨京哈唐呼聯(lián)定位器燒損脫落故障

唐呼線豐潤(rùn)西站接觸網(wǎng)設(shè)備由四里莊變電所供電，故障發(fā)生處距離四里莊變電所約13.69 km，如圖4所示。

圖4 豐潤(rùn)西站接觸網(wǎng)供電示意圖

豐潤(rùn)西站17-18#軟橫跨為來(lái)電反向懸掛唐呼線上行正線和京哈唐呼聯(lián)上行線的第一組軟橫跨，唐呼線上行正線與京哈唐呼聯(lián)上行線間無(wú)節(jié)點(diǎn)8，站內(nèi)在64#支柱處設(shè)置了一組股道電連接，距離17-18#軟橫跨約713 m。距離17-18#軟橫跨處最近的電連接設(shè)置在1-3號(hào)線岔處，距17-18#軟橫跨約157 m。由此可知京哈唐呼聯(lián)上行線正常的主導(dǎo)電回路為：唐呼線上行正線→3號(hào)線岔→1號(hào)線岔→京哈唐呼聯(lián)上行線，如圖5所示。

圖5 豐潤(rùn)西站京哈唐呼聯(lián)上行接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路示意圖

豐潤(rùn)西站17-18#軟橫跨為2015年唐呼線開(kāi)通時(shí)安裝，定位安裝形式為軟橫跨節(jié)點(diǎn)5形式，采用鋼制非限位定位器、鋼制定位環(huán)線夾，京哈唐呼聯(lián)上行線定位器與定位環(huán)線夾間無(wú)電氣連接線，唐呼線正線定位器與定位環(huán)間設(shè)有電氣連接線?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)定位鉤與定位環(huán)均出現(xiàn)嚴(yán)重電腐蝕現(xiàn)象，定位鉤燒蝕損壞。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況表明：17-18#軟橫跨橫向線索至定位鉤、定位環(huán)間長(zhǎng)期存在大電流，形成了分流導(dǎo)電回路，如圖6所示。

圖6 軟橫跨分流情況示意圖

1.3 故障主要特征分析

通過(guò)梳理5起典型故障，總結(jié)軟橫跨非正常分流的主要特征：

（1）分流現(xiàn)象全部發(fā)生在來(lái)電或遠(yuǎn)離來(lái)電方向的第一組軟橫跨。

（2）分流處的軟橫跨均未安裝電連接。

（3）分流現(xiàn)象的發(fā)生與定位裝置設(shè)置于正線或側(cè)線無(wú)關(guān)，同一組軟橫跨下的定位裝置均可能發(fā)生分流現(xiàn)象。

（4）分流現(xiàn)象的發(fā)生與軟橫跨是否設(shè)置于來(lái)電方向無(wú)關(guān)，來(lái)電反向設(shè)置的軟橫跨也會(huì)發(fā)生分流現(xiàn)象。

2 模型仿真分析

2.1 仿真模型建立及參數(shù)設(shè)計(jì)

仿真模型建立：利用Electronics Workbench電路仿真軟件建立工頻交流單向供電電路模型，使用電阻和電抗混合電路模擬線路阻抗、電連接、軟橫跨橫向線索和電力機(jī)車，參考文獻(xiàn)[1]及有關(guān)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，模擬不同工況下軟橫跨載流情況。

根據(jù)目前電連接在軟橫跨中的設(shè)置情況，模擬4種主要工況：軟橫跨中部設(shè)置電連接；軟橫跨靠近電源側(cè)設(shè)置電連接；軟橫跨遠(yuǎn)離電源側(cè)設(shè)置電連接；軟橫跨兩端各設(shè)置1組電連接。另外將軟橫跨中未設(shè)置電連接作為對(duì)比工況優(yōu)先分析。仿真模型如圖7所示。

圖7 仿真模型

2.2 仿真結(jié)果

2.2.1 軟橫跨中無(wú)電連接

（1）電力機(jī)車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨進(jìn)行分流，首端和末端軟橫跨電流遠(yuǎn)大于中間軟橫跨的電流，最大可達(dá)10 A。

（2）電力機(jī)車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運(yùn)行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)正線運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨進(jìn)行分流，靠近電源的第一組軟橫跨分流最大，可達(dá)10 A。

（4）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運(yùn)行，各組軟橫跨均向側(cè)線分流，形成了正線、側(cè)線、軟橫跨共同組成的主導(dǎo)電回路，靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，可達(dá)50 A。

2.2.2 軟橫跨中部設(shè)置1組電連接

（1）電力機(jī)車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨分流，兩端軟橫跨通過(guò)的電流大于中間軟橫跨通過(guò)的電流，最大可達(dá)10 A，電連接則基本無(wú)電流通過(guò)。

（2）電力機(jī)車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運(yùn)行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)正線運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)電連接及軟橫跨分流，當(dāng)機(jī)車越接近電連接時(shí)，電連接的通過(guò)電流越大，但靠近電源側(cè)的軟橫跨分流一直較大，最大可達(dá)10 A。

（4）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運(yùn)行，主導(dǎo)電回路為正線→電連接→機(jī)車所在側(cè)線，靠近電源側(cè)的各組軟橫跨向側(cè)線分流，遠(yuǎn)離電源側(cè)的各組軟橫跨向正線分流，靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，最大可達(dá)20 A。

2.2.3 靠近電源側(cè)第一組軟橫跨處設(shè)置1組電連接

（1）電力機(jī)車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，最大可達(dá)17 A。

（2）電力機(jī)車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運(yùn)行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)正線運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，機(jī)車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)17 A，其他位置的軟橫跨分流逐漸減小。

（4）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運(yùn)行，側(cè)線為主導(dǎo)電回路，電流回路為電連接→機(jī)車所在側(cè)線、正線→軟橫跨→機(jī)車所在側(cè)線，機(jī)車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)17 A，遠(yuǎn)離電連接的軟橫跨分流較小。

2.2.4 遠(yuǎn)離電源側(cè)最后一組軟橫跨處設(shè)置1組電連接

（1）電力機(jī)車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，最大可達(dá)17 A。

（2）電力機(jī)車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運(yùn)行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)正線運(yùn)行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過(guò)軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，機(jī)車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)15 A，其他位置的軟橫跨分流逐漸減小。

（4）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運(yùn)行，主導(dǎo)電回路為正線→電連接→機(jī)車所在側(cè)線，各組軟橫跨均有分流，且分流較大，其中靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，最大可達(dá)35 A。

2.2.5 靠近電源和遠(yuǎn)離電源的第一組和最后一組軟橫跨處分別設(shè)置1組電連接

（1）電力機(jī)車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運(yùn)行，正線和側(cè)線通過(guò)兩端電連接形成并聯(lián)電路向機(jī)車供電，正線和側(cè)線均為主導(dǎo)電回路，軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，但分流數(shù)值較小，最大僅為0.2 A。

（2）電力機(jī)車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運(yùn)行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)正線運(yùn)行，正線和側(cè)線通過(guò)兩端電連接形成并聯(lián)電路向機(jī)車供電，機(jī)車距離電源越近，正線通過(guò)的電流越大，側(cè)線通過(guò)的電流越小，各組軟橫跨分流較小，機(jī)車所在軟橫跨分流最大，但分流數(shù)值較小，最大僅為5 A。

（4）電力機(jī)車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運(yùn)行，正線和側(cè)線通過(guò)兩端電連接形成并聯(lián)電路向機(jī)車供電，機(jī)車距離電源越近，側(cè)線通過(guò)的電流越大，正線通過(guò)的電流越小，各組軟橫跨分流較小，機(jī)車所在軟橫跨分流最大，但分流數(shù)值較小，最大僅為5 A。

2.3 仿真結(jié)論

通過(guò)模擬不同工況下的軟橫跨分流情況，得出以下結(jié)論：

（1）無(wú)論是否在軟橫跨中設(shè)置電連接，軟橫跨橫向線索均作為導(dǎo)電回路參與向機(jī)車供電。引入電連接后，電連接不同程度地參與了導(dǎo)流，各組軟橫跨橫向線索中依然存在不同程度的分流，分流大小與電連接的數(shù)量和設(shè)置位置有關(guān)。

（2）當(dāng)軟橫跨未設(shè)置電連接或僅設(shè)置1組電連接時(shí)，由于電連接設(shè)置及機(jī)車運(yùn)行工況的不同，個(gè)別軟橫跨（尤其是首端或末端）橫向線索通過(guò)電流較大，存在較為嚴(yán)重的分流現(xiàn)象。

（3）當(dāng)軟橫跨兩端各設(shè)置1組電連接時(shí)（即用電連接將軟橫跨包圍起來(lái)），各種運(yùn)行工況下的通過(guò)電流均明顯減小，軟橫跨橫向線索分流問(wèn)題得到顯著改善。

3 結(jié)語(yǔ)

基于以上分析結(jié)果，由于軟橫跨固有電氣屬性，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中會(huì)不同程度參與分流，可采取在其兩端加裝電連接、選用帶電氣連接線的定位器等方式改善電連接的分流情況，同時(shí)建議設(shè)計(jì)部門針對(duì)首末端軟橫跨電連接安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)，以從源頭上改善軟橫跨分流問(wèn)題。