电气化铁路接触网软横跨定位器、悬吊滑轮电气烧损原因与对策

电气化铁路接触网软横跨定位器、悬吊滑轮电气烧损原因与对策

甄德印

(中国铁路总公司,北京 100844)

摘 要：针对5起接触网软横跨牵引电流分流烧损定位器、悬吊滑轮故障进行分析研究。采用模拟电力机车在不同位置取流的方法,按照电路学原理,结合各自设备特性进行分析,找出各自产生分流的原因,并分别制定对策,实施后均收到良好效果。将5起故障原因进行综合分析,找出共同的根源性原因,即主导电回路不完备。为了解决此类问题,提出一项校验主导电回路完备性的原则,供设计、运营人员参考使用。

关键词：电气化铁路；接触网；软横跨；电气烧损；原因及对策；主导电回路；校验原则

近年来,某铁路局管内发生多起站场软横跨零部件电气烧损故障,原因是主导电回路[1]不完备,通过增加股道电连接的措施,将问题较好解决。笔者查阅了现行接触网设计规范、验收标准、标准图等资料,发现此类设计问题并没有明显违反规范、标准之处,然而此类问题的确存在较大危害[2-4],反映出现行规范、标准不全面的问题。为此,有必要对该类问题进行分析,引起接触网设计[5]、运营维修人员的重视。

1 5起软横跨故障分析及处理

5起软横跨故障：一是京九线曹县站097-096号软横跨出现牵引电流分流,牵出线定位器烧损脱落(图1、图2)；二是菏泽站301-302号软横跨电厂专用线定位器烧损脱落(图3)；三是菏泽站058-083号软横跨牵出线定位器烧损脱落；四是菏泽站58-83号软横跨Ⅲ道悬吊滑轮烧损脱落(图4、图5)；五是菏泽站301-302号软横跨新兖下行线悬吊滑轮烧损脱落(图6)。针对几起设备故障分析如下。

图1 定位器脱落

图2 烧损的定位器挂钩及定位环(一)

图3 烧损的定位器挂钩及定位环(二)

图4 悬吊滑轮烧损脱落

图5 烧损的悬吊滑轮(一)

图6 烧损的悬吊滑轮(二)

1.1 曹县站097号-096号软横跨定位器烧损脱落

1.1.1 设备状况

图7为曹县站接触网供电分段示意图,接触网供电方向如箭头所示,097-096号软横跨为来电方向悬挂Ⅰ道接触网与牵出线接触网的第一组软横跨,6-8号线岔间接触网渡线是来电方向连通Ⅰ道接触网与牵出线接触网的第一条主导电通路,6号线岔距离097-096号软横跨217 m。

图7 曹县站接触网供电分段示意

1.1.2 故障分析

(1)电力机车在8号道岔外侧牵出线取流时(图7),主要主导电回路为：Ⅰ道接触网—(6-8号)线岔间接触网渡线—牵出线接触网—电力机车。根据电路学[6-7]原理可知,牵引电流通过此主导电回路时,这段接触网的阻抗会产生电压降[8],造成097-096号软横跨处牵出线接触网电压比Ⅰ道接触网电压低,电压差使软横跨产生分流,如图7虚线所示。当电力机车运行到097-096号软横跨处时,分流回路最短约6 m,而主导电回路自097-096号软横跨处“绕”到电力机车约430 m,按照“电流走近路”原理(其实也是电位差产生电流原理)可知,此时分流最严重。分流通过软横跨上、下部固定绳从Ⅰ道接触网流到牵出线接触网,其中,下部固定绳的分流走向是：Ⅰ道接触线→Ⅰ道定位器→下部固定绳→牵出线定位环、定位器→牵出线接触线。定位环与定位器挂钩为铰接而非电气连接(如图2、3),接触线振动[9]时,定位器会以定位环为轴心转动,此点成为集中电阻点,电流在此处会产生大量热能,导致定位器挂钩、定位环逐渐被烧损。

(2)电力机车在3道、5道及8-18号道岔间的牵出线取流时,097-096号软横跨均会产生牵引电流分流,下面以电力机车在3道为例进行分析。如图8所示,主要主导电回路有,回路1：Ⅰ道接触网—(6-8号)线岔间接触网渡线—牵出线接触网—3道接触网-电力机车；回路2：Ⅰ道接触网—(10-12号)线岔间接触网渡线—牵出线接触网—3道接触网-电力机车；回路3：Ⅰ道接触网—Ⅰ、3间道股道电连接—3道接触网-电力机车。

图8 电力机车在3道取流示意

回路1中,8号线岔距离097-096号软横跨237m,牵引电流流经这段接触网后,接触网阻抗引起电压降,造成097-096号软横跨处牵出线接触网电压比Ⅰ道接触网电压低,电压差使软横跨产生分流,如图8虚线所示。其他软横跨也会有分流通过,但097-096号软横跨是Ⅰ道接触网来电方向距离8号线岔最远的软横跨,由电工学知识可知,该处电位差最大,分流最大。如前所述,软横跨分流会逐渐烧损定位器挂钩及定位环。

相比1.1.2(1)情况、1.1.2(2)情况中单台电力机车取流产生的分流会小些,但(2)情况涉及接触网范围大,范围内可能有2台甚至多台机车同时取流,因此,第2种情况也是烧损定位器的重要原因。

1.1.3 故障原因

通过分析可知产生问题的原因是：(1)在来电方向上连通Ⅰ道接触网、牵出线接触网的第一组软横跨与第一条主导电通路有较大距离,这段接触网的阻抗引起电压降,造成两组接触悬挂在软横跨处产生电位差,导致软横跨分流；(2)分流回路上导流不畅,存在集中电阻点,产生大量集中热能,烧损了接触网零部件。

1.1.4 改进措施及效果

针对故障原因,在097-096号软横跨就近(5 m外),Ⅰ道接触悬挂与牵出线接触悬挂间增设1组股道电连接,用于消除2组接触悬挂在软横跨处的电位差。采取措施后接触网运行良好；夜间观察,软横跨定位器定位环连接处无导流闪弧现象；用红外线检测仪检测[10-11],温度在正常范围内。

1.2 菏泽站301-302号软横跨定位器、悬吊滑轮烧损脱落

1.2.1 设备状况

图9为菏泽站局部接触网供电分段示意,接触网供电方向如箭头所示,301-302号软横跨是来电方向悬挂电厂专用线接触网、新兖下行线接触网的第1组软横跨,7-9号线岔间接触网渡线是牵引电流进入电厂专用线、11道、12道接触网在来电方向上的第1条主导电通路,7号线岔距离301-302号软横跨235m。

图9 菏泽站局部接触网供电分段示意

1.2.2 故障分析

(1)当电力机车在9号道岔外电厂专用线接触网取流时(图9),与1.1.2中第1种情况类似,301-302号软横跨产生分流,如图9虚线所示,当电力机车运行到301-302号软横跨处时,分流回路最短约6 m,而主导电回路自301-302号软横跨“绕”到电力机车约450 m,此时分流最严重,软横跨下部通道中分流会烧损定位器。上部固定绳分流的通道是：新兖下行线承力索→新兖下行线悬吊滑轮→上部固定绳→电厂专用线悬吊滑轮→电厂专用线承力索,上部通道中,悬吊滑轮的挂钩转轴是活动连接(图5、图6),成为集中电阻点最严重的部位,分流在此处会产生大量热能,造成悬吊滑轮烧损。

(2)当电力机车在11道、12道及9-73号道岔间电厂专用线接触网取流时(图10),与1.1.2中第2种情况类似,301-302号软横跨均会产生分流,牵引分流会烧损定位器、悬吊滑轮。

图10 电力机车在11道取流示意

1.2.3 故障原因

菏泽站301-302号软横跨定位器、悬吊滑轮烧损脱落原因为：(1)在来电方向上连通电厂专用线接触网、新兖下行线接触网的第一组软横跨与第一条主导电通路有较大距离,这段接触网的阻抗引起电压降,造成2组接触悬挂在软横跨处产生电位差,导致软横跨分流；(2)分流回路上导流不畅,存在集中电阻点,产生大量集中热能,烧损零部件。

1.2.4 措施及效果

采取的措施同前述曹县站,在301-302号软横跨就近增加1条股道电连接。采取措施后,夜间观察软横跨定位器定位环连接处、悬吊滑轮挂钩转轴处均无导流闪弧现象,用红外线测温仪测量,温度在正常范围内。

1.3 菏泽站058号-083号软横跨定位器、悬吊滑轮故障

1.3.1 设备状况

图11为菏泽站局部接触网供电示意。菏泽站1、2、Ⅲ道为新兖线上行,供电方向如箭头所示,58-83号软横跨是来电方向上能连通Ⅲ道接触网、牵出线接触网的最后一组软横跨,76-74号线岔间接触网渡线是连通Ⅲ道接触网、牵出线接触网距离58-83号软横跨最近的主导电通路。

图11 菏泽站局部接触网供电示意

1.3.2 故障分析

电力机车在58-83号软横跨外侧Ⅲ道或新兖线上行区间取流时,菏泽站1、2道接触网牵引电流通过76-74号线岔间接触网渡线汇入Ⅲ道接触网。76号线岔(经74号线岔)至58-83号软横跨196 m,牵引电流流经这段接触网,接触网阻抗产生电压降,造成58-83号软横跨处Ⅲ道接触网电压低于牵出线接触网电压,电压差使软横跨产生分流,如图11虚线所示。如前所述,因为软横跨分流回路中定位器、悬吊滑轮存在集中电阻点,出现大量集中热能,造成定位器、悬吊滑轮烧损。

1.3.3 故障原因

菏泽站58-83号软横跨处定位器、悬吊滑轮烧损脱落原因：(1)在来电方向上连通Ⅲ道接触网、牵出线接触网的最后一组软横跨与最后一条主导电通路有较大距离,两组接触悬挂在软横跨处产生电位差,造成较大牵引电流分流；(2)分流回路上导流不畅,存在集中电阻点,会产生大量集中热能,烧损集中点的零部件。

1.3.4 措施及效果

采取的措施同前述,增加1组股道电连接,问题也得到较好解决。

1.4 综合分析

综合分析3处(5起)设备故障,可以看出故障原因的共性点：

(1)故障发生在软横跨处,软横跨连通了2条接触网,使分流有了通道,但分流回路不畅,烧损了存在集中电阻的定位器、悬吊滑轮；

(2)故障发生在一条接触网的最外端分流通道,该分流通道与最近主导流通路有较大距离,通道两端出现较大电位差引起较大分流。

对原因(1)和(2)进一步归纳提炼,可以找出问题的根源性原因：主导回路不完备。抛开具体设备特性,可以将该类问题归纳为如下模式：在来电方向,2条接触网之间的第一或最后一条导流通道不是主导电通路方式(电连接),并且距离最近的主导通路有较大距离。

2 引伸思考

为了解决此类问题,笔者试图从现行的接触网规范标准中找到答案,查看发生故障的接触网结构是否违反相关标准,然而,现行接触网设计规范[12-13]、验收标准[14-15]、接触网维修规程[16]等标准中,主要有咽喉区股道电连接、关节电连接、线岔电连接、横向电连接的设置要求及标准,缺少针对本文所述问题的相关要求,也缺少核验主导回路是否完备的标准。笔者向几位接触网设计人员进行了咨询,他们也认为现行接触网设计方面的规范、标准中缺少相关要求,建议有关部门组织研究增加。为此,笔者根据以上分析、总结,提出一项校验接触网主导回路完备与否的原则,即：主导电回路应满足,在来电方向,任意2条接触网之间的第一条或最后一条导流通道应是主导电通路方式(电连接),或该导流通道距离主导电通路较近。如图12所示,在来电方向上2条接触网的第一条导电通道为电连接1,最后一条导电通路虽然为57-58号软横跨,但电连接2距其较近,这样2条接触网在任何软横跨处不会有太大电位差,不会产生较大分流。按照前述分析,如果去掉电连接1,01-02号软横跨会通过较大分流,去掉电连接2,57-58号软横跨会通过较大分流。

图12 主导电回路示意

3 结语

本文对5起接触网故障进行了细致分析,采用模拟电力机车在不同位置取流的方法,找出了各自产生分流的原因。结合各自设备特性,采取在接触网合理位置增加股道电连接的措施,使问题得到较好整治；为了解决此类问题,笔者对5起故障原因进行了综合分析,总结提炼出此类问题的模式,并据此提出校验接触网主导回路完善与否的原则,供接触网设计和运营人员参考,对接触网工程设计和运行管理具有较好的实用价值。

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Causes and Countermeasures for Electric Burn-down of Headspan Suspension Steady Arm and Suspension Pulley of Electrified Railway Overhead Contact System

ZHEN De-yin

(China Railway Corporation, Beijing 100844, China)

Abstract：This paper focuses on five failures of headspan suspension in overhead contact system due to dispersion of traction current of headspan suspension that burns down the steady arm and suspension pulley. By simulating the electric locomotive collecting current at different locations, these failures are analyzed to trace the causes for the dispersion according to the principle of electric circuit and the characteristics of each device. Countermeasures are formulated and implemented with good results. Comprehensive analysis of these five failures is conducted to find out the common causes and it is the insufficiency of the main circuit that proves to be the very cause for the failures. In order to solve this kind of problem, the author proposes the principle for inspecting the insufficiency of the main circuit, which may provide reference for designers and operators.

Key words：Electrified railway; Overhead contact system; Headspan suspension; Electric burn down; Causes and countermeasures; Main circuit; Inspection principle

文章编号：1004-2954(2017)06-0168-04

收稿日期：2017-02-09；

修回日期：2017-02-26

作者简介：甄德印(1968—),男,高级工程师,1992年毕业于华东交通大学电气工程系铁道电气化专业,工学学士,主要从事电气化铁路供电专业施工、运营管理工作,E-mail：[e-mail]。

中图分类号：U226.8

文献标识码：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.06.035