線岔處弓網(wǎng)故障原因分析及對(duì)策

鄧建峰，張寶奇，茹慶文

0 引言

近年來(lái)，路內(nèi)弓網(wǎng)故障頻發(fā)，究其原因多為接觸網(wǎng)檢修不到位，設(shè)備參數(shù)超出限界值等。弓網(wǎng)故障的頻發(fā)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化維修、機(jī)車受電弓與接觸網(wǎng)匹配及配合關(guān)系提出了更高的要求。2022年鄭州局管內(nèi)某樞紐地區(qū)發(fā)生一起弓網(wǎng)故障，本文將通過(guò)對(duì)該故障原因進(jìn)行分析，還原故障發(fā)生時(shí)的實(shí)際情況，并對(duì)如何防止弓網(wǎng)故障的對(duì)策及建議進(jìn)行探討。

1 故障概況

2022年1月12 日9：42，鄭州北下發(fā)場(chǎng)江岸機(jī)務(wù)段（并值乘）HXD1B型327號(hào)機(jī)車轉(zhuǎn)線時(shí)（計(jì)劃1道出4道連掛），因弓網(wǎng)故障，機(jī)車停于鄭北下發(fā)場(chǎng)南咽喉 N332道岔處，接觸網(wǎng)未跳閘。11：20，司機(jī)請(qǐng)求鄭州北下發(fā)場(chǎng)供電臂停電登頂處理受電弓，11：51處理完畢，接觸網(wǎng)恢復(fù)供電。列車運(yùn)行徑路如圖1所示。

圖1 列車運(yùn)行徑路

2 故障原因分析

2.1 主要原因

經(jīng)調(diào)查分析，對(duì)此次弓網(wǎng)故障的主要原因進(jìn)行分析。

（1）交叉渡線線岔500、800 mm處兩接觸線高差超標(biāo)。鄭北下發(fā)場(chǎng)N305-N307-N309-N311交叉渡線道岔中心限制管北側(cè)，兩接觸線在500、800 mm處的高差分別為32、39 mm（東側(cè)接觸線比西側(cè)接觸線低）。電力機(jī)車通過(guò)該處時(shí)，受電弓運(yùn)行方向左側(cè)弓角刮碰運(yùn)行方向東側(cè)接觸線，導(dǎo)致受電弓后仰變形。受電弓后仰變形的電力機(jī)車經(jīng)下發(fā)場(chǎng)Ⅰ道繼續(xù)向南咽喉運(yùn)行，運(yùn)行至N368道岔處，受電弓經(jīng)第一打弓點(diǎn)刮碰后，疲勞破損斷裂。殘余受電弓發(fā)生偏斜，右側(cè)弓角鉆入下發(fā)場(chǎng) 147#支柱北側(cè)西支第一吊弦接觸線上方，受電弓與吊弦打碰后落下，電力機(jī)車在下發(fā)場(chǎng) 151#支柱北側(cè) 5 m 處（N332道岔岔尖）停車。鄭州北下發(fā)場(chǎng)N305-N307-N309-N311交叉渡線線岔示意如圖2所示。

圖2 鄭州北下發(fā)場(chǎng)N305-N307-N309-N311交叉渡線線岔示意圖

（2）交叉渡線線岔吊弦間距過(guò)大。鄭北下發(fā)場(chǎng) N305-N311交叉渡線線岔中心限制管北側(cè)東支接觸線吊弦間距超過(guò)12 m（達(dá)到警示值），造成該區(qū)域接觸線高度無(wú)法調(diào)整到位，是造成與西側(cè)相鄰接觸線高差超標(biāo)的主要原因。電力機(jī)車運(yùn)行至下發(fā)場(chǎng) N305-N307交叉渡線道岔時(shí)，受電弓擠碰線岔東側(cè)高度較低的接觸線。

（3）交叉渡線線岔接觸線布置不正確。鄭北下發(fā)場(chǎng)N305-N311交叉渡線線岔由8#錨段和渡3#錨段組成，其中8#錨段接觸線全長(zhǎng)1 535 m，渡3#錨段接觸線全長(zhǎng)130 m。兩支懸掛接觸線張力均為8.5 kN。交叉渡線線岔中心限制管處，8#錨段接觸線位于渡 3#錨段接觸線下方，違反《普速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2017]9號(hào)）第一百一十八條規(guī)定：“由側(cè)線和側(cè)線組成的交叉線岔，距中心錨結(jié)較近的接觸線位于下方”[1]。下發(fā)場(chǎng) 8#錨段承力索于2020年5月更換，受線索初伸長(zhǎng)及溫度變化影響較大，交叉線岔500、800 mm處水平及交叉點(diǎn)位置等幾何參數(shù)隨之會(huì)發(fā)生變化。

（4）電力機(jī)車受電弓弓角在通過(guò)線岔時(shí)，未起到防止鉆弓的作用。HXD1B型電力機(jī)車采用TSG15B型受電弓（如圖3所示），弓頭兩端向下傾斜的弓角可以防止受電弓發(fā)生鉆弓現(xiàn)象。在正常環(huán)境下，接觸網(wǎng)在受電弓的滑板范圍內(nèi)運(yùn)行。在過(guò)線岔時(shí)，弓角將起作用。裝設(shè)在鄭州北站故障地點(diǎn)附近的站場(chǎng)視頻監(jiān)控錄像設(shè)備錄下了此次弓網(wǎng)故障的完整過(guò)程，視頻顯示在該交叉渡線線岔始觸區(qū)，受電弓弓角與滑板銜接處（見圖3中的連接點(diǎn)A）掛絆接觸線造成弓網(wǎng)故障。

圖3 TSG15B型受電弓

2.2 根本原因

為徹底查清故障原因，通過(guò)查閱相關(guān)資料和進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，深入分析此次弓網(wǎng)故障發(fā)生的根本原因，對(duì)TSG15B受電弓與交叉渡線線岔匹配關(guān)系特點(diǎn)有了更深刻認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步采取有效措施，徹底消除安全隱患提供了技術(shù)支持。

（1）TSG15B受電弓與交叉渡線線岔匹配存在安全隱患。

根據(jù) TSG15B受電弓生產(chǎn)廠家技術(shù)文件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)該受電弓外形尺寸數(shù)據(jù)（如圖4所示），弓角與滑板連接點(diǎn)距受電弓中心1 502/2=751 mm處，低于受電弓頂面約58.7 mm。弓角與滑板連接點(diǎn)處于國(guó)內(nèi)外電氣化鐵路普遍采用的距離受電弓中心600～1 050 mm（抬升量200 mm）的線岔始觸區(qū)位置。而TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處存在開口，細(xì)部照片如圖5所示。我國(guó)接觸網(wǎng)維修限界值標(biāo)準(zhǔn)為線岔始觸區(qū)兩支接觸線水平高差30 mm，按受電弓抬升量20～40 mm計(jì)算，理論上，正常受電弓弓角與滑板銜接處開口就不能滿足受電弓從道岔開口側(cè)進(jìn)入時(shí)受電弓表面平滑駛?cè)肓硪还山佑|線的要求。

圖4 TSG15B受電弓外形尺寸

圖5 TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處實(shí)物

我國(guó)干線區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)受電弓輪廓如圖6所示，由于不存在受電弓弓角與滑板銜接處開口，可以滿足線岔處受電弓平滑駛?cè)肓硪还山佑|線表面要求。我國(guó)高鐵目前普遍采用的西門子和法維萊受電弓雖然滑板和弓角非整體制作，但輪廓上表面也能很好滿足平滑銜接要求。

圖6 我國(guó)干線區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)受電弓輪廓（單位：mm）

（2）交叉渡線線岔處兩支接觸線夾角大造成TSG15B受電弓在始觸區(qū)過(guò)渡不平滑。

我國(guó)電氣化鐵路常見的50軌12號(hào)道岔組成的交叉渡線道岔的轍叉角為 9°31′，而單開道岔的轍叉角則小一些。交叉渡線道岔的轍叉角近似等于組成交叉渡線線岔的兩支接觸線夾角。不難理解，對(duì)于受電弓弓角與滑板銜接處存在開口的 TSG15B受電弓，組成線岔的兩支接觸線夾角越大，在線岔處將要駛?cè)胧茈姽砻娴慕佑|線更容易卡在弓角與滑板銜接處存在的開口處。

3 德國(guó)鐵路處理弓網(wǎng)匹配關(guān)系采取的措施

德國(guó)鐵路在交叉渡線和復(fù)式交分道岔處接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)了雙交叉點(diǎn)線岔，某種雙交叉點(diǎn)線岔限制管安裝實(shí)景見圖7。我國(guó)在哈大線電氣化改造和京津城際鐵路建設(shè)時(shí)引進(jìn)該種線岔結(jié)構(gòu)。相比我國(guó)目前普遍采用的交叉渡線線岔結(jié)構(gòu)，該種線岔確保了在線岔始觸區(qū)兩接觸懸掛接觸線在受電弓同一側(cè)要求，安全可靠性高。

圖7 雙交叉點(diǎn)線岔限制管安裝實(shí)景

2018年版的德國(guó)《電氣化鐵路接觸網(wǎng)》一書介紹了德國(guó)鐵路受電弓1931—2017年演變歷史。1931年版和2001年版德國(guó)鐵路受電弓輪廓如圖8所示，其中，2001年版德國(guó)鐵路受電弓輪廓在2014年作為歐洲互連互通受電弓輪廓使用至今。2001年版德國(guó)鐵路受電弓輪廓比1931年版顯著差異是在總寬度1 950 mm不變條件下，工作區(qū)寬度從1 500 mm增加到了1 650 mm，即單邊擺動(dòng)區(qū)由200 mm變?yōu)?75 mm。

圖8 德國(guó)鐵路受電弓輪廓（單位：mm）

4 對(duì)策建議

由于 TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處存在開口，以及交叉渡線線岔處存在較大的接觸線夾角，在某些運(yùn)行條件巧合時(shí)易引發(fā)弓網(wǎng)故障，TSG15B受電弓與交叉渡線線岔弓網(wǎng)匹配關(guān)系存在安全隱患。為提高弓網(wǎng)關(guān)系安全可靠性，從接觸網(wǎng)和受電弓兩方面提出對(duì)策建議。

德國(guó)鐵路交叉渡線線岔方案過(guò)于復(fù)雜，我國(guó)60多年的接觸網(wǎng)運(yùn)行實(shí)踐也表明，只需控制好交叉渡線線岔弓網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)，即可以滿足安全要求。但保證交叉線岔弓網(wǎng)安全可靠性的其他重要手段仍可加強(qiáng)：一是交叉吊弦使用，安裝交叉吊弦后，工作支抬升，始觸區(qū)內(nèi)另一支接觸線可同步抬升；二是采用同步性能好的新型線岔限制管，如B型、C型線岔限制管（不用A型），國(guó)鐵集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的3種線岔限制管，線岔主要參數(shù)見表1，根據(jù)工程實(shí)際，優(yōu)化交叉渡線線岔處間隙D值；三是運(yùn)行維修中嚴(yán)格控制始觸區(qū)兩支接觸線高差，確保其始終處于安全值范圍以內(nèi)。

表1 線岔主要參數(shù)

技術(shù)分析表明，由于交叉渡線線岔未設(shè)接觸網(wǎng)定位支柱，從實(shí)現(xiàn)始觸區(qū)處兩支接觸線在受電弓同一側(cè)方面改善，效果不明顯，可不予考慮。

在受電弓方面，目前國(guó)內(nèi)僅和諧電1型電力機(jī)車采用TSG15B型受電弓，應(yīng)積極聯(lián)系廠家，采取相應(yīng)措施消除該受電弓滑板與弓角連接處的卡口，滿足交叉渡線線岔始觸區(qū)弓網(wǎng)關(guān)系安全要求。

5 結(jié)語(yǔ)

弓網(wǎng)故障多發(fā)于接觸網(wǎng)線岔處，從研究弓網(wǎng)配合關(guān)系入手，結(jié)合接觸網(wǎng)線岔靜動(dòng)態(tài)及弓網(wǎng)匹配參數(shù)分析，采取對(duì)線岔精準(zhǔn)檢修、卡控技術(shù)參數(shù)、優(yōu)化線岔裝置以及優(yōu)化受電弓結(jié)構(gòu)等措施，避免接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障的發(fā)生，以提高電氣化鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。