特殊位置接觸網線岔弓網故障分析

蘇玉增，項 楊

0 引言

線岔是電氣化鐵路供電系統中接觸網的重要組成部分，也是關鍵設備，其受設計標準、施工質量、后期維修調整、電力機車受電弓型號、工況以及行車速度、季節、環境、氣候變化等各種因素的影響很大，是發生弓網故障頻次較高的設備。接觸網線岔狀態直接影響著鐵路運輸安全，是確保行車安全的風險點，必須加以識別研判。

1 特殊位置接觸網線岔問題

結合多年的技術管理經驗和對一些弓網故障的分析，發現一般情況下相交的2股鐵路線路是水平或接近于水平布置的，相交的接觸網線岔也處于水平位置，但在現場存在一種特殊情況，即2股相交的線路存在較大高差，如駝峰起始點處，另外在豐沙大線的落坡嶺站、沙嶺子站也存在該情況，這一高差對接觸網線岔 2支接觸線的空間位置的影響極易造成弓網故障。

具體事故案例：2010年在豐西編組站某場 2#道岔，該道岔處于駝峰起始點處，道岔2股道不等高。機車由坡道向下坡方向運行進入道岔發生弓網故障。受電弓導角被剮掉，剮掉的受電弓導角上、下部均有明顯刮痕，滑板完好無撞擊痕跡。接觸網線岔處于水平股道的接觸線在交叉點的下方，接觸線彎曲變形，上部有明顯刮痕；處于坡道上的接觸線沒有刮蹭痕跡。經現場用測桿對接觸網線岔進行測量，拉出值、交叉點、始觸區2支接觸線高差均符合《接觸網運行檢修規程》鐵運[2007]69號文件中標準（以下簡稱《規程》），其始觸區內2支接觸線上均無線夾，符合《規程》要求。經現場分析會認定供電設備技術標準合格，無責任；機車受電弓無明顯缺陷、但采用的仍是路局已明令淘汰的產品，事故責任定為機車原因。

5個月后在同一個道岔又發生了相同的剮弓事故，同樣的測量手段、同樣的結果，但機車受電弓已更新，定供電責任。

筆者認為，同一地點發生了2次性質相同的弓網故障，事故分析結果不同、最后被定責部門不同，表明 2次事故的分析均沒有找到發生弓網故障的真正原因。為防止類似故障的再次發生，必須結合接觸網線岔的工作原理，從事故線岔的特殊角度對2起事故進行深入分析。

2 接觸網線岔的定義及工作原理

接觸網線岔是為了使電力機車受電弓由一股道順利過渡到另一股道的供電設備，安裝于道岔的上方。當一組接觸網懸掛的接觸線被受電弓抬高時，另一組懸掛的接觸線也能同時被抬高，從而使它與另一接觸線產生高差Δh。高差隨著受電弓接近始觸區而縮小，達到始觸點時基本消除，而使機車受電弓由一條股道上空的接觸線平滑、安全、順利地過渡到另一條股道的接觸線上，從而使電力機車牽引的列車完成線路轉換運行的目的。

2.1 接觸網線岔的分類

當前國內接觸網線岔有交叉線岔和無交叉線岔2種形式。其中交叉線岔就是2組接觸懸掛在道岔折轉范圍內有交叉點，特點是結構簡單、造價低、施工及后期維護方便，適用于列車由正線過渡到側線和由側線過渡到正線運行速度均較低的普速鐵路。筆者從事普速鐵路的運行維修管理工作，這里只對接觸網交叉線岔測量和維修調整應注意的事項進行分析。

2.2 交叉線岔的分類

交叉線岔分為單開線岔、對稱（雙開）和復式交分線岔、交叉渡線3種。

（1）單開線岔。該線岔的定位是指對于相交2組懸掛的接觸網，其交點相對于線路中心所處的位置，線岔處接觸線的定位有2種形式，即標準定位和非標準定位。標準定位和非標準定位的設計標準、施工標準見相關文獻和《規程》，這里不再贅述。

（2）對稱（雙開）和復式交分線岔。其線岔的布置形式類似于單開道岔。

（3）交叉渡線。由 4組單開道岔組成，在 2條渡線接觸線的交叉點處設第5組線岔。第5組線岔不設定位，調整時與其他4組單開線岔聯動，一般相交于兩股道交叉點中心點的正上方，接觸線交叉點安裝線岔限制管。

2.3 交叉線岔的技術標準

《規程》第72條第3點規定了線岔處2支接觸線相距500 mm處的高差：

標準值。當2支接觸線均為工作支時，正線線岔的側線接觸線比正線接觸線高20 mm，側線線岔2支接觸線等高；當一支為非工作之時，160 km/h及以下區段非工作支接觸線比工作支接觸線抬高80 mm。

安全值。當2支接觸線均為工作支時，正線線岔的側線接觸線比正線接觸線高10～30 mm，側線線岔2支接觸線高差不大于30 mm。160 km/h及以下區段非工作支接觸線比工作支接觸線抬高 50～100 mm。

限界值。同安全值。

3 事故分析

3.1 受電弓正常通過線岔的情況

理論上講，列車正線運行通過線岔時受電弓運行接近至始觸區，側線接觸線首先與受電弓拐點的水平部分接觸，從而順利過渡。考慮到一般正線通過的列車速度較高，受電弓運行到線岔始觸區時，側線在線岔限制管的作用下與正線接觸線同時抬高，但存在抬高不足，首先與受電弓拐點斜面（導角）接觸的現象形成硬點，對受電弓造成沖擊，對機車受電弓和供電設備產生損壞，降低相關設備的使用壽命，甚至有造成弓網故障的隱患。為減小受電弓運行到線岔始觸區時，側線接觸線對受電弓的沖擊，《規程》中規定將側線接觸線在始觸區范圍內預抬高20 mm；列車由正線過渡到側線運行時，受電弓由較低的接觸線向較高的接觸線過渡也不會發生剮弓事故。而機車在由側線過渡到正線運行時運行速度一般較低，在機車受電弓導角的作用下仍能平順過渡。由于運行速度低對受電弓和接觸線的沖擊也較小。

3.2 不等高股道接觸網線岔問題分析

如相交的2股道不在同一個水平面上，在接觸線始觸區處2股線路存在高差Δh′（見圖1）。

圖1 不等高股道道岔股道高差示意圖

在線岔靜態測量時一般是分別以接觸線對應的股道鋼軌軌面連線為測量基準點，使用道尺、測桿或直接用激光測量儀，測量 2支懸掛相距500 mm處接觸線的高度并記錄，在“天窗”點內調整至《規程》規定的高度和高差。因為是分別以2股道軌面連線為測量基準點，測量的是每支接觸線的絕對高度，而不是2支接觸線的相對高度，忽略了軌面高差Δh′。而始觸區處 2支懸掛的相對高差應該等于標準高差（20 mm）、施工或測量誤差、軌面高差Δh′之和。

于是對事故現場的供電設備和軌道線路進行了重新測量，發現該線岔處的道岔2股道不等高，在接觸網線岔始觸區處的股道高差達到30 mm，即Δh′ = 30 mm，再與測量值對照發現，處于坡道上的接觸線高度大于水平股道25 mm，那么2支接觸線空間水平高差累計達到55 mm。

用圖示分析（圖 2），如果受電弓由較高的接觸線向始觸區接近時，導高低的接觸線首先與受電弓拐點以下的導角部分接觸，隨著受電弓前行和2懸掛線間距逐步減小，受電弓對接觸線施加一個力A且逐漸增大，A可分解成一個順受電弓導角斜向上的力C和一個水平力B。同時接觸線施加給受電弓一個反作用力a，初始時a與A大小相等方向相反由接觸懸掛自重和懸掛的張力產生。這個力a與受電弓導角間產生磨擦力F。當力C能夠克服摩擦力F時，接觸線會被受電弓導角托起，并隨著機車向前運行兩懸掛間距逐步縮小，接觸線被托起到受電弓拐點以上的水平部分，從而順利通過線岔；如果兩懸掛高差超過《規程》的安全值，隨著機車運行兩懸掛間距縮小，受電弓施加到接觸線上的力A逐漸增大，接觸線對受電弓的反作用力a也逐漸增大，受電弓和接觸線間產生的摩擦力F就會增大，F增大到不足以被C克服時，接觸線不會繼續被托起，會被水平力B推出發生水平方向的位移。接觸線就有可能滑落到受電弓導角以下，鉆入受電弓下邊，發生弓網故障，或者因水平力太大首先破壞受電弓發生弓網故障。

圖2 接觸線與受電弓受力分析示意圖

通過以上分析得出，由于接觸網靜態測量和檢修測量方法不當，忽略了道岔股道高差Δh′的存在，使接觸網線岔在始觸區范圍內的相對高差超出了《規程》標準的安全值（30 mm），這是造成弓網故障的主要原因。

4 改進措施及實施效果

針對上述分析，筆者建議，在接觸網線岔調整和測量時必須考慮股道高差Δh′，使 2支接觸線在空間水平面上的高差符合《規程》標準，具體措施如下：

（1）靜態測量時要以同一股道高程作為測量基準點，處于坡道上的導線高度要用測量值加上股道高差Δh′。

（2）利用激光測量儀的測量500處高差功能，可以方便找到作為測量基準點的股道，直接測量出接觸網線岔500 mm處的高差。

（3）盡量減小測量誤差，如使用測桿測量時要考慮不同股道接觸線的直徑不同造成的誤差；使用激光測量儀測量時要提前對測量儀進行校驗。

（4）在天窗點內調整線岔，除了采用以上方法測量，還要用水平尺校核 2支接觸線的水平高差，調整達到《規程》標準要求。

（5）在線岔始觸區內不能安裝任何線夾。

經對北京鐵路局北京供電段管內不等高線岔進行測量，并按照上述方法進行調整，管內不等高接觸網線岔再沒有發生上述的弓網故障，從根本上消除了設備隱患。

5 結語

接觸網設備露天、動態運行，受地理條件、氣候環境等的影響很大，在建設時受空間、地理、建筑物或自然環境的限制較大，在維修保養中除嚴格執行規范標準，還要充分考慮自然條件的影響，在發生故障后要嚴格按照四不放過的原則，找到發生故障的真正原因加以研判、制定措施，才能消除風險點，確保運行安全。

[1]于萬聚.高速鐵路電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[2]北京鐵路局供電系統提速適應性崗位培訓輔導講義.

[3]鐵運[2007]69號文 接觸網運行檢修規程.