關于電氣化鐵路接觸網中心錨結故障的探討

文/孟祥光（中國鐵路上海局集團有限公司合肥供電段）

接觸網是電氣化鐵路中用于給電力機車、動車組供電的露天無備用供電設備，正常情況下具有穩定的電氣及機械性能。在列車行駛中，一旦接觸網發生故障，將直接造成大面積的高鐵、客車晚點或者停運。通過對一定時期接觸網故障進行統計，發現在接觸網故障里，中心錨結發生的故障多、影響廣，并且具有一定的相似性，因此對接觸網中心錨結進行深入研究，探明其運行風險，找出有效降低風險的運維手段顯得尤為重要。

一、接觸網中心錨結的作用及安設要求

接觸網是由一個個接觸網錨段組成的，每個錨段是相互獨立又緊密相關的個體。由于導線熱脹冷縮的特點，線索長度會隨著溫度升高而拉長，隨著溫度降低而縮短。在兩端為硬錨的錨段中，由于導線伸長和縮短的量都消耗在各跨距內，導線的縱向位置幾乎不會發生變化。而在兩端設置補償裝置的錨段內，導線兩端所承受的張力不對稱，會出現張力差，導致整個錨段向一個方向移動，故這時需要設置中心錨結，通過死錨固的方式，防止出現接觸網竄動，引發故障。

1.中心錨結的類型

從結構上看，中心錨結可分為防竄不防斷和防竄防斷兩種形式。

（1）防竄不防斷中心錨結。此類中心錨結通過在錨段的幾何中心附近將承力索死錨固在固定索或者三腕臂結構上，再通過兩跨內的接觸線中錨繩將接觸線和承力索的相對位置進行錨固，以達到防止錨段竄動的目的。其優點是結構簡單，工程經濟；缺點是不具備防斷功能。

（2）防竄防斷中心錨結。此類中心錨結其實是在防竄不防斷中心錨結的結構上，再給承力索增加一根向兩側落錨的中錨輔助繩（承力索中心錨結繩），以一定張力平衡整錨段的張力差。其優點是因為有落錨的存在，在錨段一側接觸懸掛斷線時，另一側不會因張力不平衡而塌網，以此縮短故障影響范圍；缺點是需要設兩處中心錨結繩落錨支柱及拉線，結構上更為復雜一些。

2.中心錨結的安設規則

中心錨結將一個錨段分為了兩個半錨，因此中心錨結設置的基本原則就是在錨段兩側張力差最小處設置中心錨結，以避免錨段發生竄動。一般來說，在坡度較小（6‰）的全直線和曲線處所，中心錨結可設置在錨段的幾何中心，但是如果遇到線路坡度過大或曲線半徑不等的處所，就需要按現場實際單位載荷情況，計算張力平衡點，從而確定中心錨結位置。

二、中心錨結造成弓網故障的案例分析

1.承力索中心錨結繩安裝過低引發弓網故障

近期，某電氣化線路發生一起因承力索中心錨結繩在施工過程中未按照安裝曲線圖安裝，導致一側承力索中心錨結繩弛度過大侵入受電弓動態包絡線，引發的弓網故障。這一案例十分具有代表性，故下面對其侵線機制進行研究，探討在運維中如何避免此類故障的發生。

從本次故障的現場調查可知，承力索中心錨結繩與受電弓的第一次接觸點出現在線間距1400 毫米處，此處中心錨結繩與接觸線高差為289 毫米，中心錨結繩低于承力索811 毫米。《高速鐵路接觸網運行維修規則》（以下簡稱《維規》）中第九十七條規定，受電弓動態抬升量H1為150 毫米（線岔始觸區為200毫米），橫向抬動量L1直線區段為250 毫米，曲線區段為350 毫米，而這些參數是基于弓頭寬度L2為1950毫米的受電弓（DSA380 型）而來的，可以計算出受電弓在最大擺動量時可以到達的位置距線路中心距離L3，在曲線地段即L3=L2/2+L1=1950/2+350=1325 毫米。

該數據與現場1400 毫米數據幾乎一致，考慮到動車組輪軌游離間隙和受電弓安裝基準誤差的存在，認為該數據可以說明受電弓在曲線處所確實可以接觸到距線路中心1300～1400 毫米的線索，也就是說明線間距小于1400 毫米的處所為必須要考慮抬升的處所。

承力索中心錨結繩實際為不等高懸掛，但因其不等高點落差很小，可忽略不計，故可得出其線索最低點應在其跨中，其距線路中心距離為L4，假設落錨支柱側面限界為3100 毫米，可得L4=3100/2=1550 毫米，如圖1 所示。

圖1 計算示意圖

比較L3、L4可知，該線路故障中，受電弓先是通過中心錨結繩最低點（線間距1550 毫米處），運動至橫向擺動可以觸碰到承力索中心錨結繩的位置時，弓角與線索摩擦，受電弓失去平衡，導致另一側弓角鉆入承力索和接觸線之間引發弓網故障。《維規》中針對于此處規定提煉有二：一是承力索中心錨結繩弛度應等或者略高于該處承力索弛度；二是其投影與鋼軌相交處比接觸線抬高300 毫米以上。其中第一點在現場不容易測得，而第二點考慮腕臂擺動、線索伸縮等因素疊加時，也存在一定風險。按該線路報告中的數據來看，中心錨結處平腕臂最大偏移時一側線索弛度增加了H2=134 毫米，而100 米的承力索按0.000017 的線脹系數、溫度變化50℃計算，可發生102 毫米的長度變化，即極限增加H3=51 毫米的弛度，故可以假設在極限情況下如果跨中中心錨結繩相對該處接觸線抬高H4大于H1+H2+H3=335 毫米，那么在任何情況下該處中心錨結繩均不會出現刮弓情況。

2.承力索中心錨結繩落錨支柱傾斜引發弓網故障

近期，另一條電氣化線路也發生了一起因落錨支柱傾斜引發的弓網故障。現場調查發現：因長時間降雨的影響，路基穩定性降低，落錨柱向跨內傾斜150毫米，引發承力索中心錨結馳度變大，侵入受電弓動態包絡線導致故障發生。該起故障原因非常清楚，很有代表性地反映了錨柱防傾的重要性，但從目前的運維手段來看，即便支柱發生了輕微傾斜，在未測量支柱斜率的情況下，單憑肉眼是無法及時發現支柱傾斜的情況的，如果等到測量周期到來后再測量，數據又往往沒有時效性，不能幫助及時發現隱患。故建議加大投入，針對此類支柱加裝斜率監測儀，一是可以提供支柱斜率的實時監測，二是可以對地質變化起到預警作用。

該線路接觸網經歷多次大修改造，線索截面增大至150/120 體系，接觸網載荷在不斷增大，而恰巧故障點處錨段位于13‰坡度的線路上，導線截面的增大，勢必導致中心錨結兩側的張力差的增大，想要維持平衡就會出現一側中心錨結繩的張力過大、一側過小的情況，但因故障前狀態無法還原，所以本次故障不能排除支柱是在長期大張力下引發的外傾的可能，也說明了在日常運維中，要重點檢查落錨柱兩側中心錨結繩受力情況，防止單邊大張力的出現。另外，普速鐵路由于施工后道床存在自然沉降，加之工務部門的長期搗鼓，使得落錨柱、轉換柱這些受力較大處所的支柱，會發生不同情況的傾斜，因此在普速鐵路的設計中，建議考慮將落錨柱、轉換柱，換成有基礎的H 型鋼柱，以減少道床沉降帶來的諸多風險。

3.接觸線中心錨結繩馳度不足引發弓網故障

近期，一條電氣化鐵路發生了一起因接觸網補償裝置中十字螺絲的脫出，卡在滑輪與連接板的縫隙之間，使滑輪無法靈活轉動，引發承力索本體弛度增大，最終導致連接在承力索上的接觸線中心錨結繩下垂侵入限界引發的故障。

該起故障為補償裝置卡滯的原因添加了新的內容。為了防止該隱患的失察，在檢查補償裝置時，就需要觀察連接板和滑輪之間的縫隙，查看是否有異物出現在縫隙中，便可判定螺絲是否有脫出的情況。雖然這起故障的原因不多見，但是事實上補償已經出現卡滯情況，通過補償墜砣的托舉實驗是可以發現其異常狀態的。

通過視頻回放可以發現，接觸線中心錨結繩整體狀態不良的問題早在幾天前就已經出現，肉眼已經可以識別出部分線索已垂到接觸線下方，但遺憾的是添乘人員及視頻分析人員均未能及時發現該問題，致使中心錨結繩在被電弓多次擊打后完全脫落，引發弓網故障。

三、中心錨結造成弓網故障的處置措施

基于上述分析探討，結合運行經驗，提出如下處置措施。

1.防止承力索中心錨結繩侵限的方法

（1）嚴格按照規范要求測量承力索中心錨結繩在鋼軌投影處相對接觸線的抬高，確保其大于300 毫米。在此基礎上，測量跨中中心錨結繩的抬高，如不滿足335 毫米，則需要進一步分析研判風險。

（2）明確在正常情況下，中心錨結處平腕臂應呈垂直線路狀態，日常巡視中要重點觀察，如發現平腕臂偏移，需要進一步檢查中心錨結繩狀態。

（3）因支柱和拉線所在路肩大多進行了硬化，故日常巡視中應加強對中心錨結繩落錨支柱的拉線基礎、支柱基礎情況的檢查，如發現支柱及拉線附近水泥地面出現破碎開裂的情況，需要立即對支柱斜率進行測量，確認是否發生了傾斜，同時復核（1）中的建議。

（4）對支柱斜率進行監測。通過安裝支柱斜率監測儀以便動態掌握支柱斜率的變化情況，及時進行現場復核和隱患處置。

（5）對線索張力進行監測。在兩側承力索中心錨結繩落錨處非帶電側串入遠程拉力監測儀，設置拉力差報警數值，防止出現單邊受力過大而導致另一邊線索弛度過大的情況。

2.防止接觸線中心錨結繩侵限的方法

（1）用好添乘及視頻分析手段，及時發現中心錨結繩的不良狀態。

（2）設備巡視過程中，采取托舉實驗的方法檢測補償裝置是否靈活。

（3）高空作業中需要重點檢查滑輪與連接板縫隙中是否有突出物，檢查其他各部零件狀態是否良好。

（4）利用監測手段。因接觸網承力索、接觸線上同一處所，張力的變化是在一恒定范圍內變化的，所以可考慮在補償裝置上加裝遠程拉力監測儀，一旦發現拉力出現異常應立即檢查設備狀態。

四、結語

本文就近期出現的三起中心錨結故障進行了分析探討，重點論述了中心錨結繩侵入限界的原因，并結合經驗分析，總結提煉出了相應對策，為電氣化鐵路接觸網運維過程中減少中心錨結故障的發生提供了參考意見。但因本文僅針對近期發生的故障進行探討分析，樣本數量較少，未能全面分析接觸網中心錨結在運行中存在的風險，故需進一步搜集故障案例并進行研究，以使對接觸網中心錨結的運行風險認知得更加全面。