錨段關(guān)節(jié)式電分相引起接觸網(wǎng)跳閘原因的分析

劉 翔 上海鐵路局徐州供電段

上海鐵路局管內(nèi)西隴海線(xiàn)夾河寨--局界區(qū)段有3座牽引變電所、2座分區(qū)所和5組接觸網(wǎng)關(guān)節(jié)式電分相設(shè)備。2006年西隴海線(xiàn)鄭徐段進(jìn)行電氣化鐵路改造后，全部采用七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為關(guān)節(jié)式電分相)。由于關(guān)節(jié)式電分相可以減少接觸網(wǎng)硬點(diǎn)，滿(mǎn)足了列車(chē)提速的要求。然而，2006年電氣化鐵路開(kāi)通以來(lái)，該區(qū)段改造后的關(guān)節(jié)式電分相多次出現(xiàn)了電力機(jī)車(chē)通過(guò)時(shí)發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘、燒傷現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著供電和行車(chē)安全。

1 事故概況

2010年3月26日，編組為2臺(tái)SS4、4臺(tái)SS1型機(jī)車(chē)組成的51082次列車(chē)，運(yùn)行至上海局管內(nèi)西隴海線(xiàn)200 km/h區(qū)段李莊至黃口區(qū)間時(shí)，因多臺(tái)機(jī)車(chē)受電弓同時(shí)升弓運(yùn)行，造成七跨式錨段關(guān)節(jié)分相182#支柱附近導(dǎo)線(xiàn)3處燒傷，188#支柱處導(dǎo)線(xiàn)及承力索燒傷，導(dǎo)致文莊變電所212、214#斷路器同時(shí)跳閘。

2 錨段關(guān)節(jié)式接觸網(wǎng)電分相簡(jiǎn)介

在分析原因之前，首先介紹一下錨段關(guān)節(jié)式電分相的技術(shù)特性。

2.1 接觸網(wǎng)電分相的分類(lèi)及技術(shù)特點(diǎn)

接觸網(wǎng)電分相有兩種，其一是利用錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行電分相，另一種是利用專(zhuān)門(mén)的電分相裝置即電分相絕緣器進(jìn)行電分相。電分相絕緣器只能用于電氣上的絕緣，而錨段關(guān)節(jié)既可以實(shí)現(xiàn)電氣分開(kāi)，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械方面的分開(kāi)。從弓網(wǎng)關(guān)系分析，當(dāng)機(jī)車(chē)運(yùn)行速度超過(guò)120 km/h時(shí)，電分相絕緣器的各種技術(shù)參數(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足接觸網(wǎng)安全運(yùn)行的需要；而錨段關(guān)節(jié)式電分相完全可以滿(mǎn)足時(shí)速200 km以上接觸網(wǎng)系統(tǒng)的要求。我國(guó)電氣化鐵道接觸網(wǎng)通常采用的錨段關(guān)節(jié)式電分相有七跨式、八跨式和九跨式3種。目前，上海鐵路局管內(nèi)西隴海線(xiàn)200 km/h區(qū)段接觸網(wǎng)分相采用的空氣間隙絕緣的錨段關(guān)節(jié)式接觸網(wǎng)分相為七跨式。

2.2 七跨式錨段關(guān)節(jié)電分相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原理及技術(shù)要求

如圖1所示，分相錨段與既有錨段間采用相間空氣絕緣的裝配形式，從而達(dá)到分相的目的。即運(yùn)行中的機(jī)車(chē)受電弓在A相取流，通過(guò)A相錨段的抬升，過(guò)渡到與之通過(guò)空氣絕緣的中性錨段上；然后，再通過(guò)中性錨段的抬升，過(guò)渡到與中性錨段有空氣絕緣的B相錨段上，從而實(shí)現(xiàn)電分相。

圖1 七跨式錨段關(guān)節(jié)電分相結(jié)構(gòu)平面示意圖

錨段關(guān)節(jié)式電分相中性、無(wú)電區(qū)對(duì)機(jī)車(chē)受電弓取流的技術(shù)要求：當(dāng)機(jī)車(chē)編組采用多弓運(yùn)行時(shí)，七跨及其它錨段關(guān)節(jié)式的中性無(wú)電區(qū)與電力機(jī)車(chē)雙弓間的距離有關(guān)，即：(1)若多弓用高壓母線(xiàn)聯(lián)接，應(yīng)保證兩最遠(yuǎn)端受電弓之間距離L小于電分相無(wú)電區(qū)的長(zhǎng)度1（L＜L1），如圖2所示；(2)若多弓之間無(wú)高壓母線(xiàn)聯(lián)接，應(yīng)保證任意兩個(gè)受電弓之間的距離L小于無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度L1（見(jiàn)圖3），或者大于中性區(qū)的長(zhǎng)度L2（見(jiàn)圖4）。

圖2 兩最遠(yuǎn)端受電弓間距離小于無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度示意圖

圖3 任意兩受電弓間距離小于無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度示意圖

3 原因分析

圖4 任意兩受電弓間距離大于中性區(qū)長(zhǎng)度示意圖

通過(guò)對(duì)七跨式錨段關(guān)節(jié)電分相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原理及技術(shù)要求的介紹，我們不難看出，可能引起接觸網(wǎng)電分相燒損的原因有兩個(gè)：

一是有電氣聯(lián)接的機(jī)車(chē)受電弓，若兩弓間距離大于無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度1，如圖5所示，接觸網(wǎng)A相電流通過(guò)機(jī)車(chē)受電弓①流入機(jī)車(chē)，然后經(jīng)過(guò)機(jī)車(chē)受電弓②流入接觸網(wǎng)B相，造成接觸網(wǎng)A、B相間高壓短路，導(dǎo)致機(jī)車(chē)受電弓及接觸網(wǎng)燒損。

二是無(wú)電氣聯(lián)接的重聯(lián)機(jī)車(chē)任意兩弓間距離小于中性區(qū)長(zhǎng)度2。如圖6所示，接觸網(wǎng)A相電流通過(guò)機(jī)車(chē)受電弓①流入中性區(qū)錨段的接觸網(wǎng)，然后經(jīng)過(guò)機(jī)車(chē)受電弓②流入接觸網(wǎng)B相，造成接觸網(wǎng)A、B相間高壓短路，導(dǎo)致機(jī)車(chē)受電弓及接觸網(wǎng)燒損。

此次事故發(fā)生在51082次列車(chē)運(yùn)行中，各機(jī)車(chē)均未升雙弓運(yùn)行，即受電弓間沒(méi)有電氣聯(lián)接，初步可以判定后者是造成這起事故的原因。

圖5 受電弓間距離大于無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度時(shí)弓網(wǎng)關(guān)系平面示意圖

圖6 受電弓間距離小于中性區(qū)長(zhǎng)度時(shí)弓網(wǎng)關(guān)系平面示意圖

此次事故列車(chē)編組為：SS40313（本務(wù)）+SS10624+SS40312+SS10618+SS10622+SS10573，6臺(tái)機(jī)車(chē)中第1臺(tái)到第6臺(tái)機(jī)車(chē)受電弓最大長(zhǎng)度為134.8 m，李莊至黃口區(qū)間電分相中性區(qū)長(zhǎng)度L2為186.2 m，即L＜L 2，符合無(wú)電氣聯(lián)接的重聯(lián)機(jī)車(chē)同時(shí)升弓造成電分相燒損的條件。此次接觸網(wǎng)電分相燒損情況為182#支柱附近導(dǎo)線(xiàn)3處燒傷，188#支柱附件導(dǎo)線(xiàn)及承力索燒傷，182＃與188＃支柱間距離約為152 m，而第1臺(tái)到第6臺(tái)機(jī)車(chē)受電弓間距為134.8 m，且第1、6機(jī)車(chē)受電弓滑板有燒痕。因此可以得出結(jié)論：此次事故原因是由于第1臺(tái)本務(wù)SS40313機(jī)車(chē)和第6臺(tái)SS10573機(jī)車(chē)受電弓通過(guò)錨段電分相的中性區(qū)，將接觸網(wǎng)A、B相短路造成。

4 采取的措施

上海鐵路局管內(nèi)西隴海線(xiàn)200 km/h區(qū)段運(yùn)行的機(jī)型較為復(fù)雜，除上述 SS1、SS4型機(jī)車(chē)外，還有 SS3、SS3B、SS6、SS7型機(jī)車(chē)及CRH2型動(dòng)車(chē)組等機(jī)型。為防止該區(qū)段內(nèi)所有運(yùn)用機(jī)車(chē)及動(dòng)車(chē)組重聯(lián)多弓運(yùn)行通過(guò)分相造成接觸網(wǎng)電分相燒損，在多機(jī)重聯(lián)運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取"有條件雙弓通過(guò)"方式。具體措施如下：

(1)電力機(jī)車(chē)、動(dòng)車(chē)組原則上升后弓運(yùn)行（因故障或其他原因必須升前弓時(shí)除外）。

(2)電力機(jī)車(chē)重聯(lián)運(yùn)行通過(guò)錨段關(guān)節(jié)式分相時(shí)，除按規(guī)定斷合主斷路器外，運(yùn)行中還應(yīng)遵守以下要求：

①第三位及以后機(jī)車(chē)必須降弓通過(guò)；

②第一位機(jī)車(chē)升后弓運(yùn)行，第二位如為12軸機(jī)車(chē)（如SS3B型固定重聯(lián)機(jī)車(chē)），則第二位機(jī)車(chē)必須降弓或升前弓通過(guò)；

③第一位為6軸機(jī)車(chē)（如SS1機(jī)車(chē)）不得已升前弓運(yùn)行時(shí)，第二位機(jī)車(chē)如為8軸以上車(chē)（如SS4、SS3B型固定重聯(lián)機(jī)車(chē)），則第二位機(jī)車(chē)必須降弓或升前弓通過(guò)；

④第一位為8軸機(jī)車(chē)（如SS4型機(jī)車(chē)）不得已升前弓運(yùn)行時(shí)，第二位機(jī)車(chē)必須降弓或升前弓通過(guò)；

⑤第一位為12軸機(jī)車(chē)（如SS3B型固定重聯(lián)）不得已升前弓運(yùn)行時(shí)，第二位機(jī)車(chē)必須降弓通過(guò)。

(3)動(dòng)車(chē)組重聯(lián)運(yùn)行禁止采用"前車(chē)升前弓、后車(chē)升前弓"的運(yùn)行方式。后車(chē)不得已必須升前弓時(shí)，后車(chē)司機(jī)必須通知前車(chē)司機(jī)換升前弓后方可執(zhí)行。

(4)動(dòng)車(chē)組途中故障由電力機(jī)車(chē)擔(dān)當(dāng)救援任務(wù)時(shí)，無(wú)論牽引或推進(jìn)，通過(guò)錨段關(guān)節(jié)式分相時(shí)，動(dòng)車(chē)組司機(jī)必須降弓通過(guò)。

(5)電力機(jī)車(chē)、動(dòng)車(chē)組重聯(lián)運(yùn)行時(shí)，本務(wù)司機(jī)在開(kāi)車(chē)前組織重聯(lián)司機(jī)開(kāi)好小組會(huì)，制定途中運(yùn)行操縱、聯(lián)系辦法。

(6)機(jī)車(chē)乘務(wù)員嚴(yán)格執(zhí)行"多機(jī)牽引與補(bǔ)機(jī)推進(jìn)有關(guān)規(guī)定"（《機(jī)車(chē)操作規(guī)程》第三十四、三十五條）；同時(shí)可利用無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備加強(qiáng)前、后機(jī)車(chē)聯(lián)系，確保列車(chē)運(yùn)行安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)電氣化鐵路的快速發(fā)展，錨段關(guān)節(jié)式電分相以其硬點(diǎn)小的優(yōu)點(diǎn)將在既有線(xiàn)提速和客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)中大面積采用。而電力機(jī)車(chē)通過(guò)錨段關(guān)節(jié)式電分相時(shí)發(fā)生跳閘現(xiàn)象不僅會(huì)直接造成接觸網(wǎng)燒傷斷線(xiàn)，中斷供電和運(yùn)輸，而且頻繁的近端短路，數(shù)千安的大電流沖擊，也直接威脅牽引變電所主變壓器的安全運(yùn)行。該現(xiàn)象原因復(fù)雜，牽涉電力機(jī)車(chē)和牽引供電兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，建議引起有關(guān)單位的高度重視，加強(qiáng)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，盡快解決這一技術(shù)難題，為我國(guó)電氣化鐵路的提速和建設(shè)提供技術(shù)支持。