張金勝

(大秦鐵路公司 大同西供電段,山西大同037005)

大秦線是我國(guó)第一條雙線電氣化重載運(yùn)煤專線。近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的需要,大秦線的重載運(yùn)輸?shù)玫娇涨暗陌l(fā)展。

隨著運(yùn)量逐年大幅度增長(zhǎng),接觸網(wǎng)電氣設(shè)備燒損問題尤為突出,因設(shè)備燒損造成的故障也居高不下,成為影響運(yùn)輸?shù)闹饕蓴_源。雖然2004—2005年進(jìn)行了2億t、2007—2008年進(jìn)行了4億t電氣化擴(kuò)能改造,但設(shè)備燒損問題仍時(shí)有發(fā)生。經(jīng)過進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,認(rèn)真分析,確定原因并制定了有效的設(shè)備加強(qiáng)和監(jiān)控措施,切實(shí)提高了供電設(shè)備的穩(wěn)定性。

1 大秦線重載機(jī)車的特點(diǎn)

1.1 機(jī)車牽引功率大

目前大秦線重載運(yùn)輸采用HXD1和HXD2型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車,機(jī)車單軸功率達(dá) 1 200 kW,HXD1型機(jī)車額定功率達(dá)9 600 kW、HXD2型機(jī)車的額定功率達(dá)10 000 kW。開行單元1萬(wàn) t、2萬(wàn) t列車是雙機(jī)牽引,機(jī)車額定功率高達(dá)20 000 kW。

1.2 機(jī)車牽引電流大

一列2×HXD1(HXD2)型交流傳動(dòng)牽引萬(wàn)噸列車的機(jī)車牽引電流約達(dá)710 A,使接觸網(wǎng)的載流能力和導(dǎo)流能力成為牽引供電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 大秦線接觸網(wǎng)導(dǎo)線的配置

大秦線采用AT供電方式,正線和站線均采用銅銀合金接觸線和銅鎂合金承力索。正饋線采用大截面鋼芯鋁絞線。

2.1 重載區(qū)段導(dǎo)線配置標(biāo)準(zhǔn)(見表1)

表1 大秦線導(dǎo)線配置表

2.2 重載區(qū)段導(dǎo)線載流量(見表2)

表2 大秦線導(dǎo)線載流量表 A

3 大秦線近年來(lái)設(shè)備燒損情況

大秦線雖然進(jìn)行了 2億t、4億t擴(kuò)能改造,各機(jī)車牽引電流大,使得部分區(qū)段供電薄弱點(diǎn)設(shè)備燒損線索配置也采用目前國(guó)內(nèi)性能最好、截面最大、導(dǎo)流性能最佳的銅合金線索。但由于機(jī)車功率大、燒損問題凸顯。其中部分上網(wǎng)點(diǎn)電連接線夾有過熱現(xiàn)象;供電線、正饋線接頭線夾有過熱燒損現(xiàn)象;軟橫跨處定位環(huán)線夾與定位器的定位鉤燒損斷裂現(xiàn)象;承力索在電連接線夾內(nèi)燒損斷股、斷線現(xiàn)象;菱形分段絕緣器主絕緣滑道燒損斷裂現(xiàn)象等相對(duì)較為突出。主要故障統(tǒng)計(jì)如表3所示。

4 設(shè)備燒損原因分析

通過對(duì)近年來(lái)大秦線設(shè)備燒損故障進(jìn)行綜合分析,主要存在以下幾個(gè)方面的原因。

4.1 電化設(shè)計(jì)中不足造成設(shè)備燒損

在電氣化設(shè)計(jì)中,雖然針對(duì)大秦線大運(yùn)量、大負(fù)荷的特性,從變電所內(nèi)母線至接觸網(wǎng)導(dǎo)線配置均能夠滿足2萬(wàn)t列車的取流要求,但仍存在部分薄弱環(huán)節(jié)。

表3 大秦線設(shè)備燒損故障統(tǒng)計(jì)表

(1)大秦線變電所出所饋線采用2×LGJ300線索,正線承力索、接觸線均采用銅合金150線索。但變電所、亭上網(wǎng)點(diǎn)處設(shè)計(jì)采用2×TRJ120線索,與設(shè)計(jì)的饋線和接觸網(wǎng)線索的載流量不匹配。

(2)站場(chǎng)的股道電連接設(shè)計(jì)中采用站場(chǎng)兩端機(jī)車起動(dòng)位置和站場(chǎng)中部各裝設(shè)一組,由于大秦線開行2萬(wàn)t列車,站場(chǎng)到發(fā)線長(zhǎng)度達(dá)2 800 m,每個(gè)站場(chǎng)僅有的3組股道電連接根本無(wú)法滿足2萬(wàn)t機(jī)車的取流要求,造成部分非導(dǎo)流設(shè)備參與導(dǎo)流。

(3)變電所出所饋線、供電線、正饋線接頭處設(shè)計(jì)采用單線夾接頭方式,造成大電流時(shí)接頭處單線夾過載運(yùn)行。

4.2 主導(dǎo)電回路不暢造成設(shè)備燒損

接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路由饋線、隔開、隔開引線、承力索、接觸線、電連接等組成。主導(dǎo)電回路的各部分間由各種線夾(如并溝線夾、電連接線夾、接觸線接頭線夾、設(shè)備線夾等)進(jìn)行連接。主導(dǎo)電回路必須良好,才能保證牽引電流的暢通。若存有缺陷,將引起局部載流過大,從而燒損接觸網(wǎng)設(shè)備。

(1)站場(chǎng)側(cè)線接觸懸掛取流時(shí)根據(jù)來(lái)電方向可以確定主導(dǎo)電回路的路徑與各電氣關(guān)鍵接點(diǎn),若關(guān)鍵接點(diǎn)存在缺陷和不足,將造成主導(dǎo)電回路不暢,直接影響正常取流。如圖1所示為一站場(chǎng)下行線部分示意圖,當(dāng)機(jī)車在第1取流區(qū)域時(shí),主導(dǎo)電回路中的關(guān)鍵電氣接點(diǎn)是1#,3#線岔電連接以及股道電連接2;當(dāng)機(jī)車在第2取流區(qū)域時(shí),主導(dǎo)電回路中的關(guān)鍵電氣接點(diǎn)是1#,3#線岔電連接以及股道電連接1,2;當(dāng)機(jī)車在第3取流區(qū)域時(shí),主導(dǎo)電回路中的關(guān)鍵電氣接點(diǎn)是:1#,3#,2#,4#線岔電連接以及股道電連接1,2。

(2)電氣連接部分因連接不良或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行松動(dòng)等原因引起的電、化學(xué)腐蝕,造成主導(dǎo)電回路的截面不足,電氣連接阻抗加大,從而導(dǎo)流不暢,燒損接觸網(wǎng)設(shè)備。如不等徑線索連接時(shí),線夾大小槽裝反,使得線夾與線索不密貼,造成間隙放電;銅線與鋁線連接時(shí)銅鋁過渡線夾、設(shè)備線夾使用不當(dāng),銅鋁氧化造成電腐蝕燒損設(shè)備;線索氧化后接觸不良造成導(dǎo)流不良過熱等。

圖1 機(jī)車站場(chǎng)取流示意圖

4.3 零部件分流現(xiàn)象造成設(shè)備燒損

站場(chǎng)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,在進(jìn)行電氣連接時(shí),由于種種原因造成迂回供電,引起接觸網(wǎng)零部件分流而燒損設(shè)備。

(1)變電所出所饋線上網(wǎng)點(diǎn)處,通常饋線上網(wǎng)直接通過引線與正線接觸網(wǎng)連接,未對(duì)其他股道進(jìn)行上網(wǎng),致使機(jī)車在未設(shè)饋線上網(wǎng)的站線股道取流時(shí),電流要從饋線上網(wǎng)的股道中部分設(shè)備迂回到站線,致使部分電流通過軟橫跨到達(dá)機(jī)車受電弓。軟橫跨的上下部定位繩、斜拉線、定位環(huán)線夾和定位器等設(shè)備參與導(dǎo)流,使得這些非導(dǎo)流設(shè)備中有部分牽引電流通過,極易造成斜拉線、定位環(huán)線夾、定位器的定位鉤等設(shè)備燒損。

(2)軟橫跨中定位環(huán)線夾與定位器為環(huán)狀鉸接方式,當(dāng)電力機(jī)車通過時(shí),受電弓的抬升力使定位器瞬時(shí)減載,導(dǎo)致定位器與定位環(huán)線夾間拉力減小,兩者接觸電阻加大,分流電流通過時(shí)會(huì)造成發(fā)熱現(xiàn)象;當(dāng)直線區(qū)段拉出值較小時(shí),受電弓通過時(shí)的振動(dòng)和抬升力會(huì)使定位器與定位環(huán)線夾瞬間分離,分流電流引起拉弧,長(zhǎng)時(shí)間也會(huì)造成定位環(huán)線夾與定位器的定位鉤連接處燒損。

(3)部分股道電連接設(shè)置距軟橫跨較遠(yuǎn),由于電力機(jī)車起動(dòng)電流大,使得大起動(dòng)電流通過較近的軟橫跨進(jìn)行分流,使得軟橫跨零部件燒損問題較為突出。

4.4 電流非正常轉(zhuǎn)換造成設(shè)備燒損

(1)兩同相不同供電臂銜接處的常開絕緣錨段關(guān)節(jié)處,因供電臂的長(zhǎng)短以及機(jī)車取流情況,常開絕緣錨段關(guān)節(jié)的兩側(cè)往往會(huì)形成較大的壓差,電力機(jī)車通過時(shí)會(huì)引發(fā)拉弧現(xiàn)象。如大秦線湖東站大同縣方向的絕緣關(guān)節(jié),拉弧現(xiàn)象尤為突出。前期大秦線2萬(wàn)t列車均由4輛SS4型電力機(jī)車組合牽引,采用1+2+1的機(jī)車牽引模式。這樣2萬(wàn)t通過時(shí),當(dāng)前面的3臺(tái)機(jī)車已經(jīng)通過錨段關(guān)節(jié)進(jìn)入下一個(gè)供電臂而末臺(tái)機(jī)車未通過絕緣關(guān)節(jié)仍在站場(chǎng)供電臂運(yùn)行,由于相鄰供電臂在3臺(tái)機(jī)車的取流下網(wǎng)壓極速下降與相鄰供電臂形成較大壓差,在末臺(tái)機(jī)車通過時(shí)由于壓差會(huì)形成較大的拉弧現(xiàn)象,對(duì)絕緣關(guān)節(jié)處接觸網(wǎng)設(shè)備造成較大的影響。

(2)兩同相不同供電臂銜接處的分段絕緣器,由于不同供電臂之間的壓差,造成機(jī)車通過時(shí)在轉(zhuǎn)換點(diǎn)處分段主絕緣滑道燒損嚴(yán)重。大秦線發(fā)生了多起FHL菱形分段絕緣器主絕緣滑道燒損斷裂的設(shè)備故障,嚴(yán)重影響正常供電。

5 設(shè)備改進(jìn)措施

5.1 加強(qiáng)設(shè)備導(dǎo)流能力,消除設(shè)計(jì)不足

(1)在大秦線變電所、分區(qū)亭上網(wǎng)點(diǎn)處采用 4×TRJ120線索,使得 2×LGJ300的出所饋線與 150型銅接觸網(wǎng)線索連接部位的載流量相匹配。

(2)增設(shè)站場(chǎng)股道電連接,大秦線目前站場(chǎng)按照600 m一組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置股道電連接。

(3)變電所出所饋線、供電線、正饋線接頭處采用雙線夾接頭方式,增加線索接觸面積,增強(qiáng)線索接頭、線夾處的大電流通過能力。

5.2 加強(qiáng)主導(dǎo)電回路,減小零部件分流

(1)變電所、分區(qū)亭供電線上網(wǎng)點(diǎn)電連接裝在正線接觸網(wǎng)上,站場(chǎng)上網(wǎng)點(diǎn)處站線必須裝設(shè)股道電連接與正線連接。

(2)在取流的關(guān)鍵處所增加股道電連接,減小零部件分流。如圖2所示,當(dāng)機(jī)車在站場(chǎng)支線(或機(jī)車走行線)取流時(shí),在軟橫跨001#～002#處,Ⅰ、Ⅲ道間的橫承力索與上下部固定繩參及連接零部件的導(dǎo)流,容易燒損設(shè)備,須在軟橫跨的電源側(cè)增設(shè)1組股道電連接。

(3)股道電連接安裝位置距離軟橫跨懸掛點(diǎn)5 m處。

圖2 站場(chǎng)增設(shè)股道電連接示意圖

5.3 加強(qiáng)設(shè)備改造,減小電流轉(zhuǎn)換造成的設(shè)備燒損

(1)對(duì)絕緣錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行局部調(diào)整改造,將中心柱處等高點(diǎn)距離延長(zhǎng),即在錨段關(guān)節(jié)中心柱處定位點(diǎn)兩側(cè)第一根吊弦之間(10 m范圍內(nèi))將兩接觸線調(diào)整至相對(duì)于軌平面等高。同時(shí)在中心柱兩側(cè)距離第一根吊弦200 mm處增設(shè)4組橫向電連接,通過橫向電連接加強(qiáng)該處承力索的分流能力,使得在受電弓同時(shí)接觸兩條接觸線產(chǎn)生電弧時(shí),電弧通過橫向電連接引向承力索時(shí),極大的減小了接觸線因拉弧造成的燒損現(xiàn)象。

(2)對(duì)大秦線使用的菱形分段絕緣器(FHL型消弧分段絕緣器)進(jìn)行更新,目前大秦線全線更新為XTK消弧分段絕緣器,有效的提高了分段絕緣器的可靠性。

6 設(shè)備監(jiān)控措施

(1)加強(qiáng)夜間設(shè)備巡視。每月由供電段工程技術(shù)人員和車間干部組織一次夜間巡視,重點(diǎn)檢查接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路各電氣接點(diǎn)有無(wú)過熱、發(fā)紅、放電、閃絡(luò)現(xiàn)象。對(duì)晝間有放電聲、接觸不良的處所進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

(2)通過測(cè)溫片進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在主導(dǎo)電回路上網(wǎng)點(diǎn)、電連接器、隔開引線、供電線、正饋線接頭線夾等關(guān)鍵位置粘貼測(cè)溫貼片。晝間巡視時(shí)重點(diǎn)觀察測(cè)溫貼片顏色是否發(fā)生變化。粘貼測(cè)溫貼片處設(shè)備達(dá)到60℃變?yōu)楹谏?達(dá)到70℃變?yōu)榫G色,80℃變?yōu)榧t色。

(3)通過紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行全面監(jiān)控。用紅外線測(cè)溫儀對(duì)主導(dǎo)電回路關(guān)鍵位置每季進(jìn)行一次全面測(cè)量。所有測(cè)溫必須在負(fù)荷電流突出的時(shí)段進(jìn)行,即每次測(cè)溫前電話與相應(yīng)變電所聯(lián)系,在單條饋線負(fù)荷電流大于450 A,以及該供電臂上、下行負(fù)荷電流累加超過700 A時(shí)進(jìn)行測(cè)溫。

(4)通過紅外熱成像儀進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。對(duì)測(cè)溫片變色和紅外線測(cè)溫儀測(cè)量溫度超標(biāo)的設(shè)備,用紅外線熱成像儀進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,分析該設(shè)備的內(nèi)部溫度分布狀況,便于準(zhǔn)確掌握該設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)和薄弱點(diǎn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著大秦線運(yùn)量的增加,供電負(fù)荷逐年增大,接觸網(wǎng)電氣設(shè)備燒損的新問題、新情況將會(huì)不斷涌現(xiàn)。只有通過按周期進(jìn)行設(shè)備巡視,用高科技手段進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控分析,找準(zhǔn)問題的真正原因。針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備加強(qiáng)、改造和日常精細(xì)化的設(shè)備檢修,就能夠從根本上避免設(shè)備燒損問題的發(fā)生。

[1] 于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2003.

[2] 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司譯.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[3] 馬時(shí)達(dá).牽引供電中接觸網(wǎng)電氣設(shè)備燒傷及防治措施淺析[J].上海鐵道科技,2008,(2):45-46.