劉讓雄

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接觸網(wǎng)中心錨結(jié)缺失引發(fā)二次故障分析及建議

劉讓雄

針對中心錨結(jié)缺失引發(fā)二次故障，分析了中心錨結(jié)的功能，提出了處理中心錨結(jié)故障時應(yīng)首先恢復(fù)其防竄功能，同時應(yīng)防范曲線區(qū)段腕臂偏轉(zhuǎn)與長大坡道上的重力分力對接觸網(wǎng)竄動的影響；對既有接觸網(wǎng)改造提出及時安裝中心錨結(jié)建議，防止中心錨結(jié)缺失危及接觸網(wǎng)運行安全。

接觸網(wǎng)；防斷式中心錨結(jié)；防竄式中心錨結(jié)；張力差

0 引言

中心錨結(jié)是接觸網(wǎng)的重要設(shè)施之一，分為防斷式中心錨結(jié)與防竄式中心錨結(jié)2種。中心錨結(jié)具有縮小接觸網(wǎng)事故范圍，防止接觸網(wǎng)錨段在氣溫變化等因素作用下發(fā)生整體竄動的功能，對保持接觸懸掛的正常狀態(tài)與保證接觸網(wǎng)安全運行具有重要作用。中心錨結(jié)一旦損壞且未能及時恢復(fù)，極易引發(fā)接觸網(wǎng)二次故障。下文針對該類案例進行分析。

1 第1次故障概況

某日凌晨1：32，滬昆鐵路某區(qū)間下行接觸網(wǎng)發(fā)生了一起弓網(wǎng)故障，運行中的機車受電弓損壞，接觸線中心錨結(jié)繩被拉脫，接觸線被刮傷，部分吊弦損壞，東側(cè)的承力索中心錨結(jié)輔助繩損壞并侵入機車車輛限界，接觸網(wǎng)停電，中斷下行線路行車。第1次故障點在供電臂中的位置如圖1中所示。

接觸網(wǎng)工區(qū)對該故障進行搶修處理，更換已損壞的吊弦，對刮傷的接觸線進行整治，機車司機處理受損的受電弓并換前弓運行。由于承力索中心錨結(jié)輔助繩不是常用的接觸網(wǎng)搶修材料，搶修時無法得到及時更換，為縮短行車中斷時間，搶修人員僅將損壞且侵限的承力索中心錨結(jié)輔助繩剪除后（計劃第2天“天窗”時間再行恢復(fù)），接觸網(wǎng)送電，開通線路，恢復(fù)下行線行車。

2 第2次故障及原因

2.1 第2次故障概況

上述故障經(jīng)搶修并恢復(fù)送電10 h后，即次日中午，行車調(diào)度員接到下行線機車司機報告，機車進入第1次故障錨段后接觸網(wǎng)無電，無電區(qū)如圖1中所示。

由圖1可知，接觸網(wǎng)為部分停電，說明牽引變電所相應(yīng)的饋電線并未跳閘，故障范圍僅限于接觸網(wǎng)。供電調(diào)度員指派接觸網(wǎng)工區(qū)人員前往故障錨段，從東往西（從電源側(cè)往供電臂末端）排查故障，發(fā)現(xiàn)故障錨段東側(cè)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)處隔離開關(guān)西側(cè)的支柱絕緣子向西傾斜，隔離開關(guān)2觸頭嚴重錯位并燒損，造成接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路在該錨段關(guān)節(jié)處斷開（圖1中的3#支柱位置），且接觸網(wǎng)整體往西側(cè)竄移，錨段西側(cè)的下錨柱補償墜砣嚴重下移。因此必須進行接觸網(wǎng)第2次搶修，先拆除3#支柱隔離開關(guān)引線，用電連接線將該絕緣錨段關(guān)節(jié)電氣聯(lián)通，同時采取臨時措施，將該錨段西側(cè)下錨柱的承力索與接觸線墜砣抬高至適當位置，用多股φ4.0鐵線臨時拉住墜砣桿，防止其繼續(xù)下移，調(diào)整接觸網(wǎng)并恢復(fù)供電。

圖1 接觸網(wǎng)2次故障停電示意圖

2.2 引發(fā)第2次故障的原因

該故障錨段處于東高西低的長大坡道上，線路坡度達11‰。第1次故障處理后，由于中心錨結(jié)尚未恢復(fù)，搶修人員又未及時采取防止接觸網(wǎng)整體竄移的措施，接觸網(wǎng)在氣溫升高、自身重力沿平行線路的分力以及機車受電弓抬升力等因素的綜合作用下，錨段整體向西側(cè)（下坡方向）竄移，承力索的竄移使3#支柱處隔離開關(guān)西側(cè)引線拉緊。隨著錨段的移動，隔離開關(guān)西側(cè)支柱逐漸傾斜，隔離開關(guān)主刀閘發(fā)生錯位導(dǎo)致接觸不良，機車取流時形成強烈電弧，逐漸燒損刀閘觸頭，并隨著滑移的增加，最終導(dǎo)致兩刀閘觸頭斷開，造成該錨段關(guān)節(jié)至供電臂未端供電中斷，繼而引發(fā)第2次故障。

3 中心錨結(jié)缺失的防范措施

3.1 中心錨結(jié)的類型與功能

兩端裝有補償器的接觸網(wǎng)錨段需安裝中心錨結(jié)，對于區(qū)間以及車站正線接觸網(wǎng)，一般采用防斷式中心錨結(jié)；對車站側(cè)線接觸網(wǎng)，則采用防竄式中心錨結(jié)，條件具備時也可采用防斷式中心錨結(jié)。

防斷式中心錨結(jié)主要有2大功能，一是在接觸網(wǎng)發(fā)生事故時，可縮小事故的影響范圍；二是接觸網(wǎng)在氣溫變化等因素作用下，錨段兩端的補償器可保持中心錨結(jié)兩側(cè)線索張力恒定，防止接觸網(wǎng)錨段整體向一端竄移，保證接觸線處于良好的工作狀態(tài)。防竄式中心錨結(jié)則只有上述第2個功能。中心錨結(jié)對保證接觸網(wǎng)的安全運行具有重要作用，因此，當中心錨結(jié)發(fā)生故障時需盡快修復(fù)，若無法盡快修復(fù)，則需采取相應(yīng)的臨時補救措施，防止中心錨結(jié)缺失引發(fā)二次故障。

3.2 防斷式中心錨結(jié)缺失可臨時改為防竄式

防斷式中心錨結(jié)結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，一般有兩跨式或三跨式等形式，分別安裝了承力索與接觸線中心錨結(jié)輔助繩，且對承力索中心錨結(jié)輔助繩兩端進行了下錨，故能承受接觸網(wǎng)斷線故障時的張力，將接觸網(wǎng)故障限制在半個錨段范圍內(nèi)，同時又可防止接觸網(wǎng)整體竄移。

防斷式中心錨結(jié)一旦發(fā)生故障，修復(fù)工作量相對較大。如因現(xiàn)場條件受限而一時無法修復(fù)時，為縮短故障處理時間，可暫緩恢復(fù)其防斷功能，而采取其他相應(yīng)措施。簡便易行的辦法就是對中心錨結(jié)所在支柱處的承力索加裝鋼絞線或鋼絲繩進行固定，臨時將其改造為防竄式中心錨結(jié)，恢復(fù)其防竄功能，從而避免因缺失中心錨結(jié)可能引發(fā)的接觸網(wǎng)錨段整體竄移，消除接觸網(wǎng)運行的安全隱患。

3.3 中心錨結(jié)故障處理其他注意事項

中心錨結(jié)在接觸網(wǎng)錨段中的具體設(shè)置位置主要取決于線路條件，需通過計算確定中心錨結(jié)的合理位置，使其兩側(cè)錨段產(chǎn)生的張力基本相等。由于軌道線路分為直線、曲線，并存在坡道變化，在一個錨段內(nèi)，中心錨結(jié)兩側(cè)線路的曲線長度、曲線半徑以及坡度可能不盡相同。另外，在曲線區(qū)段，接觸網(wǎng)支柱既可能安裝在曲線外側(cè)，也可能安裝在曲線內(nèi)側(cè)，這些因素均可引起接觸網(wǎng)線索的張力差及線索的竄移。當防斷式中心錨結(jié)損壞暫時缺失時，除了將其臨時改造成防竄式中心錨結(jié)外，還要考慮故障錨段所在線路情況并采取相應(yīng)的輔助措施。

3.3.1 曲線區(qū)段腕臂偏轉(zhuǎn)對接觸網(wǎng)狀態(tài)的影響

在曲線區(qū)段接觸網(wǎng)支柱懸掛點或定位點處，線索因方向改變而產(chǎn)生向曲線內(nèi)側(cè)的水平分力R。以既有普速鐵路接觸網(wǎng)為例，接觸懸掛張力一般為：承力索張力c= 15 kN，接觸線張力j= 10 kN。以曲線半徑為500 m，跨距為50 m計算，則

氣溫變化時，曲線區(qū)段接觸網(wǎng)的平腕臂與定位器均會隨線索的移動而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因定位器主要承受拉力，該偏轉(zhuǎn)對其自由轉(zhuǎn)動的影響相對較小。本文重點討論曲線內(nèi)側(cè)安裝的承力索引起平腕臂偏轉(zhuǎn)的影響，如圖2所示。當平腕臂由點偏轉(zhuǎn)移動至點時，承力索將產(chǎn)生一個張力差Dcw。

圖2 平腕臂旋轉(zhuǎn)與受力示意圖

例1：以滬昆鐵路湖南段接觸網(wǎng)為例，采用全補償鏈形懸掛TJ-95+TCG-110，線脹系數(shù)為17×10-6m/℃，max= 40℃，min= -10℃，d= 15℃，承力索額定張力c= 15 kN，曲線平均跨距= 50 m，半個錨段長度= 750 m，曲線半徑= 500 m，平腕臂長度（平腕臂底座至承力索座的距離）為3.5 m，在最高溫度時，錨段關(guān)節(jié)處的承力索因為平腕臂偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的張力差Dcw為

= 0.988 kN

當接觸網(wǎng)支柱位于曲線內(nèi)側(cè)且腕臂無偏轉(zhuǎn)時，懸掛點兩側(cè)的線索張力差很小，承力索的曲線分力R對腕臂構(gòu)成一個正向壓力。而當腕臂發(fā)生偏轉(zhuǎn)，腕臂懸掛點兩側(cè)的線索張力cn、cn+1不相等，二者產(chǎn)生了近1 kN的張力差，同時懸掛點兩側(cè)線索與腕臂間的夾角也不再相等，cn與cn+1的合力與腕臂形成一定的角度，對腕臂產(chǎn)生一個正向壓力的同時還將產(chǎn)生一個扭矩。這將增加腕臂自由轉(zhuǎn)動的阻力，在氣溫降低時，接觸網(wǎng)難以順利回到其原始位置，從而易引起接觸網(wǎng)狀態(tài)的改變而可能引發(fā)弓網(wǎng)故障。

因此，在處理防斷式中心錨結(jié)故障時，需先檢查接觸懸掛因中心錨結(jié)故障產(chǎn)生的位移，將其恢復(fù)至正常位置，再安裝臨時的防竄式中心錨結(jié)。

3.3.2 重力分力對坡道上的接觸網(wǎng)竄動的影響

當整個接觸網(wǎng)錨段或錨段的大部分位于坡道上時，接觸網(wǎng)線索與補償墜砣自身重力將產(chǎn)生一個平行于線路的分力。如線路坡度為11‰，承力索單位重量c= 0.833 kg/m，接觸線單位重量j= 0.993 kg/m，其他參數(shù)與例1相同時，接觸懸掛重量與補償器墜砣重量（需考慮補償裝置的傳動比，相當于線索張力）所產(chǎn)生的分力之和為

= [(c+j)××10 +c+j]×

sin(arctan0.011) = 0.426 kN

該分力指向下坡方向，將增大線索由中心錨結(jié)往下坡一側(cè)補償器間的竄動力。當接觸網(wǎng)錨段處于長大坡道，其中心錨結(jié)的防斷功能一旦缺失，臨時將其改造成防竄式中心錨結(jié)時，還應(yīng)充分考慮坡道影響引起臨時安裝的防竄中心錨結(jié)往下坡側(cè)偏移的可能。因此，還需對位于下坡一側(cè)的補償器采取相應(yīng)的限位措施，如采用鋼絲繩或鐵線將補償器墜砣臨時固定。該措施不會引起線索在氣溫降低時往中心錨結(jié)方向移動，卻可防止氣溫升高時墜砣在溫差應(yīng)力與坡道的重力分力等作用下下移過多，防止對接觸網(wǎng)的安全構(gòu)成威脅。

3.4 既有接觸網(wǎng)改造時應(yīng)及時安裝中心錨結(jié)

某單線電氣化鐵路車站改造為復(fù)線車站，原有一股道（側(cè)線）改造為正線，遂重新架設(shè)全補償下錨接觸網(wǎng)。該車站股道一端為直線，另一端為曲線，曲線區(qū)段接觸網(wǎng)支柱為曲線內(nèi)側(cè)安裝。施工人員在完成接觸懸掛安裝調(diào)整后，當時并未安裝中心錨結(jié)（設(shè)計為防斷式），送電通車后仍未盡快安裝，供電段的施工配合人員也未督促及時補裝中心錨結(jié)，造成數(shù)日內(nèi)該股道接觸網(wǎng)中心錨結(jié)缺失，氣溫升高后該接觸網(wǎng)錨段整體向曲線一端竄移，氣溫降低時，接觸網(wǎng)無法自動返回，造成曲線一端接觸網(wǎng)非絕緣錨段關(guān)節(jié)的非支定位管等參數(shù)發(fā)生變化，抬高不足，連續(xù)發(fā)生數(shù)起打弓故障。因此，既有接觸網(wǎng)改造需嚴格按照設(shè)計要求及時安裝中心錨結(jié)。

3.5 確保中心錨結(jié)的“防竄”功能不缺失

對中心錨結(jié)來說，“防竄”功能比“防斷”功能的應(yīng)用更為廣泛?！胺罃唷惫δ苤挥蟹罃嗍街行腻^結(jié)才具備，而且只有當接觸網(wǎng)發(fā)生故障時才起“防斷”作用，以減少故障對中心錨結(jié)另一側(cè)接觸網(wǎng)的影響；“防竄”功能則是防斷式與防竄式中心錨結(jié)均具備的，可隨時消除氣溫變化等因素對接觸網(wǎng)狀態(tài)的影響，保證接觸網(wǎng)良好的工作狀態(tài)。因此，“防竄”功能才是中心錨結(jié)的基本功能，對兩端設(shè)有補償器的接觸網(wǎng)來說，該功能是確保接觸懸掛狀態(tài)良好與安全運行的重要基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，搶修人員在處理第1次故障時，即使未準備承力索中心錨結(jié)輔助繩，但仍可通過截取一小段已拆除的輔助繩，并通過鋼線卡子或固定線夾等對中心錨結(jié)處的承力索進行固定，將其臨時改造成防竄式中心錨結(jié)，同時對位于下坡一端的補償器采取綁扎限位措施，即可完全避免第2次故障的發(fā)生，該處理措施簡單易行，可避免因中心錨結(jié)缺失而可能危及接觸網(wǎng)的運行安全。

相比于其他供電線路，接觸網(wǎng)獨特之處是通過與機車受電弓的滑行接觸實現(xiàn)給高速移動中的機車供電，保證弓網(wǎng)高速滑行接觸的安全是實現(xiàn)接觸網(wǎng)可靠供電的基本前提。該特點對接觸網(wǎng)的機械性能與幾何參數(shù)都提出了很高的要求。接觸網(wǎng)本身又易受到機車受電弓的高速摩擦沖擊及氣溫變化等諸多因素的影響，使得接觸網(wǎng)的故障率明顯高于其他線路設(shè)備。因此，從事接觸網(wǎng)運行、檢修與施工的人員，在學(xué)習(xí)掌握接觸網(wǎng)靜態(tài)標準的同時，需不斷提高對接觸網(wǎng)動態(tài)變化規(guī)律的認識，這對完善接觸網(wǎng)的安全防范措施至關(guān)重要。

[1] TB10009-2016 鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2016.

[2] 董昭德，李嵐. 接觸網(wǎng)工程與設(shè)計[M]. 北京：科學(xué)出版社，2014.

[3] 接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

For triggering of second time faults due to loss of mid-point anchor, the paper analyzes functions of mid-point anchor, puts forward a principle that the play-resistant function of mid-point anchor shall be restored firstly when mid-point anchor faults are being disposed, at the same time, protection measures shall be taken to prevent the play-resistant function for overhead contact system from being affected by deflection of cantilever at curve section and weight component generated by the long and steep slope track; proposals on timely installation of mid-point anchor for reconstruction of overhead contact system are put forward so as to guarantee that the overhead contact system operation will not be endangered by the loss of mid-point anchor.

Overhead contact system; breakage-proofing mid-point anchor; play-resistant mid-point anchor; difference of tensions

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.05.012

U226.8+1

B

1007-936X(2017)05-0053-04

劉讓雄.廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，高級工程師。研究方向：牽引供電系統(tǒng)運營管理與鐵道供電專業(yè)高職教育。

軌道交通關(guān)鍵裝備智能檢測與檢修創(chuàng)新學(xué)術(shù)團隊（穗科1201610026）。

2017-01-21