株洲樞紐絕緣錨段關節內斷線原因分析及對策

李國平

1 絕緣錨段關節處接觸網線索斷線情況

自2006年以來，株洲樞紐西機走線絕緣錨段關節中心柱103#支柱附近承力索燒斷2次、接觸線燒斷3次，嚴重影響供電、行車安全。從這5次斷線故障中，列舉2件典型故障如下。

（1）2009年10月23日11：06，因SS6B6007號電力機車違章停在“禁停”區域，即停在株洲樞紐西機走線絕緣錨段關節內 103#中心柱與 104#轉換柱間，燒斷接觸線，致使株北變電所219斷路器及株北開閉所294斷路器跳閘，重合閘均不成功。搶修人員于 11：40—11：53對接觸線進行了臨時恢復處理，11：55恢復供電。

（2）2010年3月28日14：30，株洲樞紐Ⅶ場與Ⅲ場間西機走線絕緣錨段關節內 103#與 104#支柱間承力索斷線，承力索斷頭未接觸地面，變電所未跳閘，搶修人員封鎖西機走線，禁止機車通過。18：12—20：12，搶修人員對故障點的接觸網設備進行搶修處理，處理后恢復正常供電、行車。

株洲樞紐西機走線位于株北Ⅶ場（交換場）與株北Ⅲ場（下行出發場）之間，Ⅶ場的D702調車信號機與Ⅲ場D105調車信號機的距離為369.1 m，絕緣錨段關節位于D702信號機與D105調車信號機之間的101#—105#支柱，其中101#錨柱與D702調車信號機的距離為 234.7 m，105#錨柱與 D105信號機的距離僅8.7 m，絕緣錨段關節具體位置見圖1。

圖1 絕緣錨段關節位置示意圖（單位：m）

2 絕緣錨段關節位置不利因素分析

西機走線絕緣錨段關節位置的不利因素有：

（1）絕緣錨段關節的一支接觸懸掛（Ⅶ場錨段）由株北開閉所294饋線供電，另一支接觸懸掛（Ⅲ場錨段）由株北變電所219饋線供電。294饋線、219饋線均由株北變電所β相供電，294饋線的供電范圍包括株洲機務段、株北Ⅶ場（交換場），219饋線的供電范圍為III場（下行出發場），2條饋線的上網點與絕緣錨段關節間的距離不同，即上網點到絕緣錨段關節間的電位差不同；機務段、交換場、出發場的電力機車的運行時段、電力機車運行密度均不相同，眾多因素造成絕緣錨段關節處2支接觸懸掛間存在較大電位差，機車通過時拉弧燒傷承力索、接觸線。

（2）絕緣錨段關節兩端設置調車信號機，其中D105信號機距離105#支柱只有8.7 m，電力機車從Ⅶ場進入Ⅲ場時，經常需要在西機走線 100#—101#支柱間停車等待調車信號，待調車信號開放后，電力機車啟動并馬上駛入絕緣錨段關節內，機車通過絕緣錨段關節時的運行速度很慢，必然造成強烈拉弧，燒傷承力索、接觸線。

（3）D105調車信號機設置距離絕緣錨段關節較近，電力機車需要從Ⅶ場進入Ⅲ場時，機車司機容易將電力機車錯誤停在絕緣錨段關節內，燒斷接觸線。

3 線索燒損斷線原因分析

對2次斷線原因的分析：

（1）接觸線斷線原因分析。從接觸線斷頭來看，接觸線斷頭處為圓錐狀，且有明顯的燒傷痕跡。斷線的原因是SS6B6007號電力機車司機違反操作規定，將電力機車停在“禁停”區域內，即停在株洲樞紐西機走線103#中心柱與104#轉換柱間，因電力機車受電弓與接觸網工作支接觸良好，但與非工作支（株北變電所219饋線供電）接觸不良，兩者間有電壓差，從而導致受電弓與非工作支接觸線間放電、拉弧，長時間放電、拉弧使非工作支接觸線局部溫度升高、軟化，在接觸線補償張力的作用下，接觸線拉斷、接地，造成接觸線斷線故障；株北變電所219斷路器及株北開閉所294斷路器跳閘，重合閘均不成功。

（2）銅承力索斷線原因分析：現場承力索為銅質承力索（承力索型號為TJ-127，共19股），外層12股絞線均為燒斷痕跡，且斷口附近有較多的燒傷痕跡，大部分為舊痕；斷頭內層7股絞線為拉斷痕跡。從上述現象分析，由于101#—105#支柱間四跨絕緣錨段關節作為Ⅶ場與Ⅲ場之間的電分段用途，當電力機車運行到轉換柱至中心柱間時，機車受電弓取流要從錨段關節一支接觸線過渡到另一支接觸線，由于2支接觸線分別由Ⅶ場、Ⅲ場供電，兩線間存在電壓差，過渡過程中受電弓繼續取流，導致產生電弧，燒傷接觸線，同時電弧往上竄燒傷承力索，當機車運行車速緩慢時，產生的電弧更嚴重，持續時間更長。長期的電弧燒傷、燒損積累，從而導致承力索外層12股燒斷，在承力索張力作用下，內層7股絞線被拉斷，最終造成斷線故障。

4 采取的對策

綜合以上分析，提出如下2種解決方案。

（1）方案 1，將絕緣錨段關節北移。將四跨絕緣錨段關節向Ⅶ場方向移動4個跨距計121.7 m，即由101#—105#支柱間向北移至97#—101#支柱間，拉大絕緣錨段關節與Ⅲ場調車信號機 D105的距離，同時也使絕緣錨段關節與Ⅶ場D702信號機保持足夠的距離，移動后絕緣錨段關節距Ⅲ場調車信號機（D105）134.4 m，距Ⅶ場調車信號機（D702）113.0 m；改造后可以滿足電力機車通過絕緣錨段關節后在D105、D702信號機前方（101#—105#或97#—101#支柱間）等待信號開放，杜絕電力機車在絕緣錨段關節附近啟動后立即進入絕緣錨段關節，以緩慢的速度經過絕緣錨段關節造成強烈拉弧，導致承力索、接觸線發生燒傷現象。

改造后兩錨段分別為1 859.7，1 844.3 m，滿足《鐵路電力牽引供電設計規范》要求。

圖2為改造后接觸網設備布置情況示意圖。

（2）方案 2，將絕緣錨段關節改為分相絕緣器元件。考慮到西機走線絕緣錨段關節存在較大電位差，電力機車通過時拉弧燒傷、燒斷承力索或接觸線，將原絕緣錨段關節改造為非絕緣錨段關節，然后在西機走線調車信號機D702、D105間中心點附近的99#支柱兩側設立2組分相絕緣器元件，將219饋線與294饋線2條供電臂的電源分開。分相絕緣器屬運用時間較長，有成熟運營經驗的設備，能夠很好地解決電位差較大引起的拉弧等問題。

圖2 方案1改造后示意圖（單位：m）

改造后分相元件及“斷”、“合”標的設置。如果按《鐵路技術管理規程》的規定設置正反向“斷”、“合”標，則電力機車斷電惰行的距離最少為90 m，因此，在進行斷電操作時，電力機車應保持一定的速度，才能保證其能順利通過分相無電區。由于西機走線位置條件制約，不宜設置電力機車自動過分相裝置，只能采取手動操作過分相，在操作上對司機的要求較高，再加上和諧型電力機車惰行性能差，容易造成電力機車停在分相無電區內。為解決該問題，經供電段與機務段協商、研究，對分相絕緣器元件的安裝及“斷”、“合”標的設置進行改進：

①分相絕緣器元件由3個改為2個，無電區由30 m改為10 m。

②“斷”標與第1個分相絕緣器元件的距離由30 m縮短至10 m，并在距“斷”標10 m處增設電力機車斷開主斷路器的預告標志牌“前方10 m斷主斷”，在距第2個分相絕緣器10 m處設置“合”標。反向行車按照該標準在行車方向左側另行設置1套預告、“斷”、“合”標志牌。

“斷”、“合”標距離 D702、D105 分別為 159.1，180 m，電力機車斷電惰行的距離從90 m縮短至30 m左右，降低了機車司機的操作難度，可以有效地防止電力機車停在分相無電區內。

改造后，接觸網設備布置及預告、“斷”、“合”標志牌設置位置情況見圖3。

圖3 改造后方案2示意圖（單位：m）

2種方案的優缺點比較：

（1）方案1優點。絕緣錨段關節往北移后，電力機車可以通過絕緣錨段關節后在D105、D702調車信號機前等待信號開放，避免電力機車在絕緣錨段關節附近停車，啟動后以緩慢的速度通過絕緣錨段關節造成拉弧嚴重的現象，減少了對接觸線和承力索的損傷程度；與方案2相比，采用方案1后，電力機車在西機走線上運行時，司機不需要進行電力機車主斷路器的斷、合操作，司機操作工作量小。

（2）方案1缺點。絕緣錨段關節僅是位置北移，絕緣錨段關節仍然存在，即錨段關節間電位差存在，電力機車通過絕緣錨段關節時拉弧、放電現象仍不能消除；絕緣錨段關節北移需重新設置1個新的錨段關節，需重新立2根錨柱，錨柱下錨拉線位置受地形限制，設置困難，且改造工程量大，投資較多。

（3）方案2優點。采用分相絕緣器元件后，絕緣錨段關節改造非絕緣錨段關節，從根本上消除了電力機車通過錨段關節時的拉弧、放電現象，且對分相絕緣器元件的維護、保養，設備管理單位有較豐富的經驗；與方案1相比，采用分相絕緣器元件不受地形條件限制，且改造工程量小、施工工藝簡單、投資少，改造方案易于實現。

（4）方案2缺點。在西機走線設置分相絕緣器，電力機車在通過分相絕緣器時，司機需進行主斷路器的斷、合操作，斷電通過分相絕緣器后，需在D105、D702調車信號機前停車等待信號開放，增加了司機操作的工作量。

綜合考慮2種方案的優缺點，推選方案2。

5 結束語

作為供電分段用的絕緣錨段關節，由于關節內的2支接觸懸掛由不同的饋線供電，懸掛間必然存在電位差，電力機車通過時會有拉弧、放電現象，燒傷關節內的承力索、接觸線。在不能進行技術改造的條件下，電力機車在通過該絕緣錨段關節時應保持一定的速度，減少拉弧、放電對承力索、接觸線的傷害；在檢修養護方面，檢修人員要定期對錨段關節兩轉換柱間承力索、接觸線燒傷情況進行檢查，對燒損嚴重的線索進行局部補強或更換，防止發生斷線故障；為防止電弧燒傷承力索，可在承力索上纏繞保護條。