基于EVB仿真技術(shù)的接觸網(wǎng)軟橫跨零部件燒損問題研究

胡曉磊，孫兆銀，張之明

0 引言

2020年，中國鐵路北京局集團公司管內(nèi)普速線路連續(xù)發(fā)生5起軟橫跨定位器定位鉤燒蝕脫落故障，分析故障現(xiàn)象特點均為定位鉤與支座耳環(huán)處發(fā)生燒蝕，表明經(jīng)常存在大電流通過軟橫跨橫向線索（橫承、上下部固定繩）至定位器底座和定位器。筆者查閱現(xiàn)行接觸網(wǎng)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)施工圖等技術(shù)資料，并未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)計存在明顯違反規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)之處，但該類實際問題的出現(xiàn)反映了在通用設(shè)計規(guī)范基礎(chǔ)上針對不同工況下軟橫跨周邊主導(dǎo)電回路結(jié)構(gòu)優(yōu)化、細(xì)化補強的必要性。為此，本文將針對該類問題抽象建模進(jìn)行仿真分析研究，供接觸網(wǎng)設(shè)計、運維技術(shù)人員參考。

1 典型故障分析

本文選取5起故障中的2起進(jìn)行具體分析。

1.1 邯長線什里店站下行16-19#軟橫跨機待線定位器脫落故障

邯長線什里店站接觸網(wǎng)設(shè)備由新固鎮(zhèn)變電所供電，故障發(fā)生處距離新固鎮(zhèn)變電所約7.5 km，如圖1所示。

圖1 什里店站接觸網(wǎng)供電示意圖

什里店站接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路如圖2所示。什里店站16-19#軟橫跨為來電方向懸掛Ⅰ道接觸網(wǎng)與 機待線接觸網(wǎng)的第一組軟橫跨，在站內(nèi)40-43#、54-57#兩組軟橫跨分別設(shè)置了兩組股道電連接，距離16-19#軟橫跨最近為510 m；16-19#軟橫跨處距離機待線最近的電連接設(shè)置在7號線岔處，距離16-19#軟橫跨125 m。由此可知機待線正常的主導(dǎo)電回路為：Ⅰ道正線→5號線岔→7號線岔→機待線，如圖2所示。

圖2 什里店站接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路示意圖

什里店站接觸網(wǎng)設(shè)備于2015年投運，機待線19#定位安裝形式為軟橫跨節(jié)點5形式，采用鋼制非限位定位器、鋼制定位環(huán)線夾，定位器與定位環(huán)線夾間無電氣連接線。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)定位鉤與定位環(huán)存在嚴(yán)重電腐蝕現(xiàn)象，定位環(huán)出現(xiàn)缺口損壞，定位鉤幾乎斷裂。

現(xiàn)場設(shè)備運行情況表明：16-19#軟橫跨橫向線索至定位鉤、定位環(huán)間長期存在大電流，形成了分流導(dǎo)電回路，如圖3所示。

圖3 軟橫跨分流情況示意圖

1.2 唐呼線豐潤西站17-18#軟橫跨京哈唐呼聯(lián)定位器燒損脫落故障

唐呼線豐潤西站接觸網(wǎng)設(shè)備由四里莊變電所供電，故障發(fā)生處距離四里莊變電所約13.69 km，如圖4所示。

圖4 豐潤西站接觸網(wǎng)供電示意圖

豐潤西站17-18#軟橫跨為來電反向懸掛唐呼線上行正線和京哈唐呼聯(lián)上行線的第一組軟橫跨，唐呼線上行正線與京哈唐呼聯(lián)上行線間無節(jié)點8，站內(nèi)在64#支柱處設(shè)置了一組股道電連接，距離17-18#軟橫跨約713 m。距離17-18#軟橫跨處最近的電連接設(shè)置在1-3號線岔處，距17-18#軟橫跨約157 m。由此可知京哈唐呼聯(lián)上行線正常的主導(dǎo)電回路為：唐呼線上行正線→3號線岔→1號線岔→京哈唐呼聯(lián)上行線，如圖5所示。

圖5 豐潤西站京哈唐呼聯(lián)上行接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路示意圖

豐潤西站17-18#軟橫跨為2015年唐呼線開通時安裝，定位安裝形式為軟橫跨節(jié)點5形式，采用鋼制非限位定位器、鋼制定位環(huán)線夾，京哈唐呼聯(lián)上行線定位器與定位環(huán)線夾間無電氣連接線，唐呼線正線定位器與定位環(huán)間設(shè)有電氣連接線。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)定位鉤與定位環(huán)均出現(xiàn)嚴(yán)重電腐蝕現(xiàn)象，定位鉤燒蝕損壞。

現(xiàn)場設(shè)備運行情況表明：17-18#軟橫跨橫向線索至定位鉤、定位環(huán)間長期存在大電流，形成了分流導(dǎo)電回路，如圖6所示。

圖6 軟橫跨分流情況示意圖

1.3 故障主要特征分析

通過梳理5起典型故障，總結(jié)軟橫跨非正常分流的主要特征：

（1）分流現(xiàn)象全部發(fā)生在來電或遠(yuǎn)離來電方向的第一組軟橫跨。

（2）分流處的軟橫跨均未安裝電連接。

（3）分流現(xiàn)象的發(fā)生與定位裝置設(shè)置于正線或側(cè)線無關(guān)，同一組軟橫跨下的定位裝置均可能發(fā)生分流現(xiàn)象。

（4）分流現(xiàn)象的發(fā)生與軟橫跨是否設(shè)置于來電方向無關(guān)，來電反向設(shè)置的軟橫跨也會發(fā)生分流現(xiàn)象。

2 模型仿真分析

2.1 仿真模型建立及參數(shù)設(shè)計

仿真模型建立：利用Electronics Workbench電路仿真軟件建立工頻交流單向供電電路模型，使用電阻和電抗混合電路模擬線路阻抗、電連接、軟橫跨橫向線索和電力機車，參考文獻(xiàn)[1]及有關(guān)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，模擬不同工況下軟橫跨載流情況。

根據(jù)目前電連接在軟橫跨中的設(shè)置情況，模擬4種主要工況：軟橫跨中部設(shè)置電連接；軟橫跨靠近電源側(cè)設(shè)置電連接；軟橫跨遠(yuǎn)離電源側(cè)設(shè)置電連接；軟橫跨兩端各設(shè)置1組電連接。另外將軟橫跨中未設(shè)置電連接作為對比工況優(yōu)先分析。仿真模型如圖7所示。

圖7 仿真模型

2.2 仿真結(jié)果

2.2.1 軟橫跨中無電連接

（1）電力機車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨進(jìn)行分流，首端和末端軟橫跨電流遠(yuǎn)大于中間軟橫跨的電流，最大可達(dá)10 A。

（2）電力機車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機車在軟橫跨內(nèi)正線運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨進(jìn)行分流，靠近電源的第一組軟橫跨分流最大，可達(dá)10 A。

（4）電力機車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運行，各組軟橫跨均向側(cè)線分流，形成了正線、側(cè)線、軟橫跨共同組成的主導(dǎo)電回路，靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，可達(dá)50 A。

2.2.2 軟橫跨中部設(shè)置1組電連接

（1）電力機車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨分流，兩端軟橫跨通過的電流大于中間軟橫跨通過的電流，最大可達(dá)10 A，電連接則基本無電流通過。

（2）電力機車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機車在軟橫跨內(nèi)正線運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過電連接及軟橫跨分流，當(dāng)機車越接近電連接時，電連接的通過電流越大，但靠近電源側(cè)的軟橫跨分流一直較大，最大可達(dá)10 A。

（4）電力機車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運行，主導(dǎo)電回路為正線→電連接→機車所在側(cè)線，靠近電源側(cè)的各組軟橫跨向側(cè)線分流，遠(yuǎn)離電源側(cè)的各組軟橫跨向正線分流，靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，最大可達(dá)20 A。

2.2.3 靠近電源側(cè)第一組軟橫跨處設(shè)置1組電連接

（1）電力機車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，最大可達(dá)17 A。

（2）電力機車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機車在軟橫跨內(nèi)正線運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，機車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)17 A，其他位置的軟橫跨分流逐漸減小。

（4）電力機車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運行，側(cè)線為主導(dǎo)電回路，電流回路為電連接→機車所在側(cè)線、正線→軟橫跨→機車所在側(cè)線，機車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)17 A，遠(yuǎn)離電連接的軟橫跨分流較小。

2.2.4 遠(yuǎn)離電源側(cè)最后一組軟橫跨處設(shè)置1組電連接

（1）電力機車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，最大可達(dá)17 A。

（2）電力機車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機車在軟橫跨內(nèi)正線運行，正線為主導(dǎo)電回路，側(cè)線通過軟橫跨分流，電連接附近的軟橫跨分流較小，機車所在的軟橫跨分流較大，最大可達(dá)15 A，其他位置的軟橫跨分流逐漸減小。

（4）電力機車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運行，主導(dǎo)電回路為正線→電連接→機車所在側(cè)線，各組軟橫跨均有分流，且分流較大，其中靠近電源側(cè)的軟橫跨分流最大，最大可達(dá)35 A。

2.2.5 靠近電源和遠(yuǎn)離電源的第一組和最后一組軟橫跨處分別設(shè)置1組電連接

（1）電力機車在軟橫跨外遠(yuǎn)離電源側(cè)運行，正線和側(cè)線通過兩端電連接形成并聯(lián)電路向機車供電，正線和側(cè)線均為主導(dǎo)電回路，軟橫跨分流較小，距離電連接越遠(yuǎn)的軟橫跨分流越大，但分流數(shù)值較小，最大僅為0.2 A。

（2）電力機車在軟橫跨外靠近電源側(cè)運行，軟橫跨正線、側(cè)線及橫向線索基本不參與導(dǎo)流。

（3）電力機車在軟橫跨內(nèi)正線運行，正線和側(cè)線通過兩端電連接形成并聯(lián)電路向機車供電，機車距離電源越近，正線通過的電流越大，側(cè)線通過的電流越小，各組軟橫跨分流較小，機車所在軟橫跨分流最大，但分流數(shù)值較小，最大僅為5 A。

（4）電力機車在軟橫跨內(nèi)側(cè)線運行，正線和側(cè)線通過兩端電連接形成并聯(lián)電路向機車供電，機車距離電源越近，側(cè)線通過的電流越大，正線通過的電流越小，各組軟橫跨分流較小，機車所在軟橫跨分流最大，但分流數(shù)值較小，最大僅為5 A。

2.3 仿真結(jié)論

通過模擬不同工況下的軟橫跨分流情況，得出以下結(jié)論：

（1）無論是否在軟橫跨中設(shè)置電連接，軟橫跨橫向線索均作為導(dǎo)電回路參與向機車供電。引入電連接后，電連接不同程度地參與了導(dǎo)流，各組軟橫跨橫向線索中依然存在不同程度的分流，分流大小與電連接的數(shù)量和設(shè)置位置有關(guān)。

（2）當(dāng)軟橫跨未設(shè)置電連接或僅設(shè)置1組電連接時，由于電連接設(shè)置及機車運行工況的不同，個別軟橫跨（尤其是首端或末端）橫向線索通過電流較大，存在較為嚴(yán)重的分流現(xiàn)象。

（3）當(dāng)軟橫跨兩端各設(shè)置1組電連接時（即用電連接將軟橫跨包圍起來），各種運行工況下的通過電流均明顯減小，軟橫跨橫向線索分流問題得到顯著改善。

3 結(jié)語

基于以上分析結(jié)果，由于軟橫跨固有電氣屬性，在實際運營中會不同程度參與分流，可采取在其兩端加裝電連接、選用帶電氣連接線的定位器等方式改善電連接的分流情況，同時建議設(shè)計部門針對首末端軟橫跨電連接安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計，以從源頭上改善軟橫跨分流問題。