線岔處弓網故障原因分析及對策

鄧建峰，張寶奇，茹慶文

0 引言

近年來，路內弓網故障頻發，究其原因多為接觸網檢修不到位，設備參數超出限界值等。弓網故障的頻發對接觸網設備的標準化維修、機車受電弓與接觸網匹配及配合關系提出了更高的要求。2022年鄭州局管內某樞紐地區發生一起弓網故障，本文將通過對該故障原因進行分析，還原故障發生時的實際情況，并對如何防止弓網故障的對策及建議進行探討。

1 故障概況

2022年1月12 日9：42，鄭州北下發場江岸機務段（并值乘）HXD1B型327號機車轉線時（計劃1道出4道連掛），因弓網故障，機車停于鄭北下發場南咽喉 N332道岔處，接觸網未跳閘。11：20，司機請求鄭州北下發場供電臂停電登頂處理受電弓，11：51處理完畢，接觸網恢復供電。列車運行徑路如圖1所示。

圖1 列車運行徑路

2 故障原因分析

2.1 主要原因

經調查分析，對此次弓網故障的主要原因進行分析。

（1）交叉渡線線岔500、800 mm處兩接觸線高差超標。鄭北下發場N305-N307-N309-N311交叉渡線道岔中心限制管北側，兩接觸線在500、800 mm處的高差分別為32、39 mm（東側接觸線比西側接觸線低）。電力機車通過該處時，受電弓運行方向左側弓角刮碰運行方向東側接觸線，導致受電弓后仰變形。受電弓后仰變形的電力機車經下發場Ⅰ道繼續向南咽喉運行，運行至N368道岔處，受電弓經第一打弓點刮碰后，疲勞破損斷裂。殘余受電弓發生偏斜，右側弓角鉆入下發場 147#支柱北側西支第一吊弦接觸線上方，受電弓與吊弦打碰后落下，電力機車在下發場 151#支柱北側 5 m 處（N332道岔岔尖）停車。鄭州北下發場N305-N307-N309-N311交叉渡線線岔示意如圖2所示。

圖2 鄭州北下發場N305-N307-N309-N311交叉渡線線岔示意圖

（2）交叉渡線線岔吊弦間距過大。鄭北下發場 N305-N311交叉渡線線岔中心限制管北側東支接觸線吊弦間距超過12 m（達到警示值），造成該區域接觸線高度無法調整到位，是造成與西側相鄰接觸線高差超標的主要原因。電力機車運行至下發場 N305-N307交叉渡線道岔時，受電弓擠碰線岔東側高度較低的接觸線。

（3）交叉渡線線岔接觸線布置不正確。鄭北下發場N305-N311交叉渡線線岔由8#錨段和渡3#錨段組成，其中8#錨段接觸線全長1 535 m，渡3#錨段接觸線全長130 m。兩支懸掛接觸線張力均為8.5 kN。交叉渡線線岔中心限制管處，8#錨段接觸線位于渡 3#錨段接觸線下方，違反《普速鐵路接觸網運行維修規則》（鐵總運[2017]9號）第一百一十八條規定：“由側線和側線組成的交叉線岔，距中心錨結較近的接觸線位于下方”[1]。下發場 8#錨段承力索于2020年5月更換，受線索初伸長及溫度變化影響較大，交叉線岔500、800 mm處水平及交叉點位置等幾何參數隨之會發生變化。

（4）電力機車受電弓弓角在通過線岔時，未起到防止鉆弓的作用。HXD1B型電力機車采用TSG15B型受電弓（如圖3所示），弓頭兩端向下傾斜的弓角可以防止受電弓發生鉆弓現象。在正常環境下，接觸網在受電弓的滑板范圍內運行。在過線岔時，弓角將起作用。裝設在鄭州北站故障地點附近的站場視頻監控錄像設備錄下了此次弓網故障的完整過程，視頻顯示在該交叉渡線線岔始觸區，受電弓弓角與滑板銜接處（見圖3中的連接點A）掛絆接觸線造成弓網故障。

圖3 TSG15B型受電弓

2.2 根本原因

為徹底查清故障原因，通過查閱相關資料和進一步現場調查，深入分析此次弓網故障發生的根本原因，對TSG15B受電弓與交叉渡線線岔匹配關系特點有了更深刻認識，為進一步采取有效措施，徹底消除安全隱患提供了技術支持。

（1）TSG15B受電弓與交叉渡線線岔匹配存在安全隱患。

根據 TSG15B受電弓生產廠家技術文件和現場實測該受電弓外形尺寸數據（如圖4所示），弓角與滑板連接點距受電弓中心1 502/2=751 mm處，低于受電弓頂面約58.7 mm。弓角與滑板連接點處于國內外電氣化鐵路普遍采用的距離受電弓中心600～1 050 mm（抬升量200 mm）的線岔始觸區位置。而TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處存在開口，細部照片如圖5所示。我國接觸網維修限界值標準為線岔始觸區兩支接觸線水平高差30 mm，按受電弓抬升量20～40 mm計算，理論上，正常受電弓弓角與滑板銜接處開口就不能滿足受電弓從道岔開口側進入時受電弓表面平滑駛入另一股接觸線的要求。

圖4 TSG15B受電弓外形尺寸

圖5 TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處實物

我國干線區段標準受電弓輪廓如圖6所示，由于不存在受電弓弓角與滑板銜接處開口，可以滿足線岔處受電弓平滑駛入另一股接觸線表面要求。我國高鐵目前普遍采用的西門子和法維萊受電弓雖然滑板和弓角非整體制作，但輪廓上表面也能很好滿足平滑銜接要求。

圖6 我國干線區段標準受電弓輪廓（單位：mm）

（2）交叉渡線線岔處兩支接觸線夾角大造成TSG15B受電弓在始觸區過渡不平滑。

我國電氣化鐵路常見的50軌12號道岔組成的交叉渡線道岔的轍叉角為 9°31′，而單開道岔的轍叉角則小一些。交叉渡線道岔的轍叉角近似等于組成交叉渡線線岔的兩支接觸線夾角。不難理解，對于受電弓弓角與滑板銜接處存在開口的 TSG15B受電弓，組成線岔的兩支接觸線夾角越大，在線岔處將要駛入受電弓表面的接觸線更容易卡在弓角與滑板銜接處存在的開口處。

3 德國鐵路處理弓網匹配關系采取的措施

德國鐵路在交叉渡線和復式交分道岔處接觸網設計了雙交叉點線岔，某種雙交叉點線岔限制管安裝實景見圖7。我國在哈大線電氣化改造和京津城際鐵路建設時引進該種線岔結構。相比我國目前普遍采用的交叉渡線線岔結構，該種線岔確保了在線岔始觸區兩接觸懸掛接觸線在受電弓同一側要求，安全可靠性高。

圖7 雙交叉點線岔限制管安裝實景

2018年版的德國《電氣化鐵路接觸網》一書介紹了德國鐵路受電弓1931—2017年演變歷史。1931年版和2001年版德國鐵路受電弓輪廓如圖8所示，其中，2001年版德國鐵路受電弓輪廓在2014年作為歐洲互連互通受電弓輪廓使用至今。2001年版德國鐵路受電弓輪廓比1931年版顯著差異是在總寬度1 950 mm不變條件下，工作區寬度從1 500 mm增加到了1 650 mm，即單邊擺動區由200 mm變為275 mm。

圖8 德國鐵路受電弓輪廓（單位：mm）

4 對策建議

由于 TSG15B受電弓弓角與滑板銜接處存在開口，以及交叉渡線線岔處存在較大的接觸線夾角，在某些運行條件巧合時易引發弓網故障，TSG15B受電弓與交叉渡線線岔弓網匹配關系存在安全隱患。為提高弓網關系安全可靠性，從接觸網和受電弓兩方面提出對策建議。

德國鐵路交叉渡線線岔方案過于復雜，我國60多年的接觸網運行實踐也表明，只需控制好交叉渡線線岔弓網關鍵參數，即可以滿足安全要求。但保證交叉線岔弓網安全可靠性的其他重要手段仍可加強：一是交叉吊弦使用，安裝交叉吊弦后，工作支抬升，始觸區內另一支接觸線可同步抬升；二是采用同步性能好的新型線岔限制管，如B型、C型線岔限制管（不用A型），國鐵集團企業標準中的3種線岔限制管，線岔主要參數見表1，根據工程實際，優化交叉渡線線岔處間隙D值；三是運行維修中嚴格控制始觸區兩支接觸線高差，確保其始終處于安全值范圍以內。

表1 線岔主要參數

技術分析表明，由于交叉渡線線岔未設接觸網定位支柱，從實現始觸區處兩支接觸線在受電弓同一側方面改善，效果不明顯，可不予考慮。

在受電弓方面，目前國內僅和諧電1型電力機車采用TSG15B型受電弓，應積極聯系廠家，采取相應措施消除該受電弓滑板與弓角連接處的卡口，滿足交叉渡線線岔始觸區弓網關系安全要求。

5 結語

弓網故障多發于接觸網線岔處，從研究弓網配合關系入手，結合接觸網線岔靜動態及弓網匹配參數分析，采取對線岔精準檢修、卡控技術參數、優化線岔裝置以及優化受電弓結構等措施，避免接觸網線岔處弓網故障的發生，以提高電氣化鐵路接觸網運行的安全性和可靠性。