接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障分析及對策

王章刊

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接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障分析及對策

王章刊

接觸網(wǎng)線岔處是弓網(wǎng)故障的多發(fā)區(qū)，通過對接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障原因進(jìn)行分析，結(jié)合接觸網(wǎng)線岔靜態(tài)和動態(tài)分析，提出防止接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障的具體措施，以提高接觸網(wǎng)運行的安全性和可靠性。

接觸網(wǎng)；線岔；弓網(wǎng)故障

0 引言

隨著我國高速電氣化鐵路列車運行速度的不斷提高，電力機車對輪軌關(guān)系和弓網(wǎng)關(guān)系的安全可靠性要求不斷提高。弓網(wǎng)關(guān)系是接觸網(wǎng)的一項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，列車運行速度越高，受電弓的動態(tài)抬升量和動態(tài)擺動量越大，弓網(wǎng)動態(tài)受流質(zhì)量下降；列車速度提高后，容易造成受電弓與接觸懸掛中的接觸網(wǎng)零件發(fā)生碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象，導(dǎo)致弓網(wǎng)故障的發(fā)生，甚至中斷列車運行，嚴(yán)重影響了鐵路運輸?shù)闹刃颉?/p>

弓網(wǎng)故障多發(fā)生在線岔處，為實現(xiàn)列車速度提高后受電弓在線岔處平穩(wěn)過渡，降低弓網(wǎng)故障的發(fā)生概率，從研究弓網(wǎng)關(guān)系入手，對接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障原因進(jìn)行分析，提出防止弓網(wǎng)故障的具體措施，提高受電弓受流質(zhì)量及接觸網(wǎng)運行的安全性和可靠性。

1 接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障形式

受電弓通過接觸網(wǎng)線岔時，安全平滑地由一支接觸線過渡到另一支接觸線，達(dá)到轉(zhuǎn)換線路的目的。當(dāng)接觸網(wǎng)或受電弓一方或雙方技術(shù)條件遭受破壞，會發(fā)生受電弓碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象。接觸網(wǎng)線岔處常見弓網(wǎng)故障形式如下：

（1）在始觸區(qū)裝設(shè)吊弦、電連接線夾引起弓網(wǎng)故障。

（2）定位立柱、定位器等侵入受電弓的動態(tài)包絡(luò)線。

（3）受電弓通過線岔的等高區(qū)時，2支接觸線不等高。

（4）環(huán)境溫度變化時，吊弦線夾、電連接線夾相對位置發(fā)生移動，從始觸區(qū)外移至始觸區(qū)內(nèi)。

（5）道岔改造后接觸網(wǎng)線岔未及時調(diào)整到位。當(dāng)進(jìn)行道岔改造，道岔處軌道限界、標(biāo)高、超高等參數(shù)發(fā)生變化時，接觸網(wǎng)線岔參數(shù)未隨軌道參數(shù)變化及時調(diào)整到位。

2 接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障原因分析

2.1 始觸區(qū)內(nèi)裝設(shè)吊弦線夾、電連接線夾

（1）交叉線岔處（圖1），受電弓從正線過渡到側(cè)線或從側(cè)線過渡到正線過程中，交叉線岔正線接觸線距側(cè)線線路中心或側(cè)線接觸線距正線線路中心，水平投影間距600～1 050 mm始觸區(qū)內(nèi)，由于受電弓抬升力的作用，即將駛?cè)雲(yún)^(qū)域的接觸線比正在行駛區(qū)域的接觸線低，這也是即將駛?cè)雲(yún)^(qū)域接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板的主要原因。當(dāng)始觸區(qū)內(nèi)裝設(shè)吊弦線夾、電連接線夾時，接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板易發(fā)生碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象。

（2）無交叉線岔處（圖2），列車從側(cè)線進(jìn)入正線時線間距806～1 306 mm范圍內(nèi)，列車由正線進(jìn)入側(cè)線時線間距126～526 mm范圍內(nèi)為始觸區(qū)。從正線到側(cè)線始觸區(qū)內(nèi)，所要駛?cè)雲(yún)^(qū)域的接觸線高度總比行駛區(qū)域的接觸線高出一個值，故受電弓可以平穩(wěn)過渡；從側(cè)線到正線始觸區(qū)內(nèi)，接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板。當(dāng)始觸區(qū)內(nèi)裝設(shè)吊弦線夾、電連接線夾時，受電弓在過渡過程中會發(fā)生碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象。

1.線岔；2.始觸區(qū)；3.受電弓。

圖2 無交叉線岔始觸區(qū)

2.2 障礙物侵入受電弓動態(tài)包絡(luò)線

在弓網(wǎng)相互作用過程中，弓網(wǎng)之間存在“幾何、電氣、機械、材料”4大耦合關(guān)系，幾何關(guān)系是弓網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)。為了防止受電弓撞擊接觸網(wǎng)定位裝置以及碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象，國內(nèi)外相關(guān)人員在接觸網(wǎng)、受電弓及其相互作用等方面均進(jìn)行了長期深入研究和試驗，形成了以德國為代表的“無線夾空間與限位定位裝置”和以法國為代表的“受電弓動態(tài)包絡(luò)線與最大抬升量定位裝置”（圖3）2種思路，用于指導(dǎo)接觸網(wǎng)的設(shè)計、施工和運營管理。因此，列車高速運行過程中，受電弓的最大動態(tài)抬升量和最大動態(tài)擺動量即構(gòu)成了受電弓動態(tài)包絡(luò)線范圍。在該范圍內(nèi)不得出現(xiàn)任何障礙物，否則很可能發(fā)生弓網(wǎng)故障。受電弓在最大抬升及最大擺動時定位立柱外形輪廓、定位器根部與受電弓發(fā)生碰撞；定位立柱、定位器等侵入受電弓動態(tài)包絡(luò)線范圍均會引起弓網(wǎng)故障。

1.受電弓工作范圍；2.受電弓輪廓線；3.受電弓端頭垂直和水平位移；h.受電弓動態(tài)抬升量。

2.3 溫度變化引起接觸線伸長和收縮

當(dāng)溫度變化時，接觸線伸縮，吊弦線夾和電連接線夾隨著接觸線的伸縮而移動，可能由始觸區(qū)外移至始觸區(qū)內(nèi)，致使受電弓在始觸區(qū)發(fā)生碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象。

接觸線伸縮量計算式為

=(x-min) （1）

式中，為接觸線的伸縮量，m；為中心錨結(jié)或無補償下錨至全補償下錨的距離，m；為接觸線溫度膨脹系數(shù)（1/℃）；x為現(xiàn)場環(huán)境溫度，℃；min為最低溫度，℃。

3 防止線岔處弓網(wǎng)故障的措施

基于對接觸網(wǎng)線岔結(jié)構(gòu)進(jìn)行的靜態(tài)和動態(tài)分析，以及考慮與弓網(wǎng)相匹配的幾何參數(shù)，如相鄰吊弦高差、始觸區(qū)、接觸線無線夾區(qū)、受電弓有效工作寬度、受電弓有效工作范圍、受電弓動態(tài)包絡(luò)線等，提出如下措施以減少或避免接觸網(wǎng)線岔處弓網(wǎng)故障的發(fā)生。

3.1 安裝交叉吊弦

在靠近始觸區(qū)正線和側(cè)線間裝設(shè)交叉吊弦（圖4）。交叉線岔在岔心側(cè)安裝交叉吊弦2根，交叉吊弦位于距線路中心≤400 mm范圍內(nèi)，兩交叉吊弦縱向間距為200～300 mm；無交叉線岔在兩線間距550～600 mm間裝設(shè)一組交叉吊弦。

1.側(cè)線承力索；2.正線承力索；3.交叉吊弦；4.側(cè)線接觸線；5.正線接觸線；6.正線線路中心；7.受電弓。

安裝交叉吊弦的目的是限制始觸區(qū)的高差，確保受電弓能夠平滑安全地通過始觸區(qū)。

3.2 始觸區(qū)內(nèi)不允許安裝吊弦線夾、電連接線夾

始觸區(qū)是受電弓弓頭圓弧部分開始接觸另一支接觸線的區(qū)域，在始觸區(qū)內(nèi)滑板通常不是從接觸線正下方接觸，而是從側(cè)下方進(jìn)入，如果在始觸區(qū)內(nèi)安裝吊弦線夾、電連接線夾，有可能造成碰弓或和打弓，始觸區(qū)內(nèi)不允許安裝吊弦線夾、電連接線等任何接觸網(wǎng)零件，該處為接觸線無線夾區(qū)。

3.3 受電弓包絡(luò)線檢測

受電弓包絡(luò)線檢測分為靜態(tài)和動態(tài)檢測。在無外界擾動情況下獲取接觸線空間位置參數(shù)為靜態(tài)檢測；在接觸線與受電弓動態(tài)相互作用狀態(tài)下獲取接觸線空間位置參數(shù)為動態(tài)檢測。動態(tài)包絡(luò)線檢測實質(zhì)上就是對線岔處弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行幾何耦合方面檢測，確保不發(fā)生碰弓、鉆弓、剮弓現(xiàn)象。檢測方法是在接觸網(wǎng)作業(yè)車上使用受電弓包絡(luò)線檢查尺檢測線岔部件。受電弓包絡(luò)線檢查尺按照設(shè)計給定的該線路機車受電弓（寬2 100 mm）的最大抬升量（220 mm）和最大擺動量（直線地段250 mm，曲線地段300 mm）制作（表1）。動態(tài)包絡(luò)線檢測尺的一半是直線區(qū)段受電弓動態(tài)包絡(luò)線輪廓，另一半是曲線區(qū)段受電弓動態(tài)包絡(luò)線輪廓，檢測尺上標(biāo)有計量刻度和拉出值。

對于檢測發(fā)現(xiàn)侵入包絡(luò)線范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)零件，應(yīng)及時進(jìn)行處理，直至包絡(luò)線檢測尺檢查合格。

表1 受電弓最大抬升和擺動量

4 結(jié)語

通過上述分析可以看出，接觸網(wǎng)線岔處是接觸網(wǎng)弓網(wǎng)故障的多發(fā)區(qū)，通過對該處弓網(wǎng)故障產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，結(jié)合接觸網(wǎng)線岔靜動態(tài)以及弓網(wǎng)匹配參數(shù)分析，采取交叉吊弦、無線夾空間以及受電弓動態(tài)包絡(luò)線檢測等措施，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)運行的安全性和可靠性。

[1] 中國鐵路總公司. 高速鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 電氣化工程局電氣化勘測設(shè)計研究院. 高速鐵路牽引供電技術(shù)研究[M]. 北京：中國鐵道出版社，1995.

[3] 劉彥卿，朱飛雄，王章刊. 受電弓動態(tài)包絡(luò)線檢測[J] . 鐵道機車車輛，2004，24（6）：58-60.

The locations of overhead crossings of OCS are the locations where the catenary-pantograph faults are prone to occur; the paper proposes detailed counter-measures for protection against the faults at overhead crossings of OCS, so as to improve the safety and reliability of OCS operation.

OCS; overhead crossing; catenary-pantograph fault

U226.8+1

B

1007-936X(2018)02-0042-03

2017-10-16

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.010

王章刊.中鐵華鐵工程設(shè)計集團(tuán)有限公司，高級工程師。