高鐵站場典型主導(dǎo)電回路分流案例分析

1、高鐵站場典型主導(dǎo)電回路分流案例分析金智杰摘要：牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路暢通與否直接影響供電質(zhì)量和列車運行，為更好地掌握其工作特性，通過對兩起典型高鐵站場由于主導(dǎo)電回路分流造成的接觸網(wǎng)設(shè)備燒傷的案例，分析事故形成原因，采取相應(yīng)預(yù)防措施，便于在實際工作中掌握主導(dǎo)電回路工作原理和事故預(yù)防措施，保證供電的可靠性、安全性。關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)、主導(dǎo)電回路、分流、故障電氣化鐵道中，接觸網(wǎng)設(shè)備是在力與電的雙重作用下工作的，所以機械故障和電氣燒傷故障構(gòu)成了接觸網(wǎng)故障的主體。以京滬高鐵電氣化鐵路接觸網(wǎng)運行中的實際情況為例，在車站、動車段等運輸繁忙及動車組開行密度大等因素的影響下，接觸網(wǎng)設(shè)備的電氣燒傷現(xiàn)象已愈發(fā)突

2、出，而且電氣燒傷問題不易于發(fā)現(xiàn)，危害性很大，防治接觸網(wǎng)設(shè)備發(fā)生電氣燒傷故障已成為確保接觸網(wǎng)供電安全和鐵路行車安全的一個重要課題。本文通過兩起典型案例來對主導(dǎo)電回路不暢導(dǎo)致分流燒損接觸網(wǎng)零件進行分析，并提出防治措施。1、主導(dǎo)電回路概念接觸網(wǎng)的主要功能是從牽引變電所向沿電氣化鐵路運行中的電力機車輸送電能。為了保證接觸網(wǎng)這一功能的實現(xiàn)，設(shè)計了一系列接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，其中的一些部分與組件是為了保證接觸網(wǎng)整體的主要功能導(dǎo)電功能而設(shè)計的，如:支柱、腕臂、軟橫跨、吊弦等。而真正的導(dǎo)電回路是由饋電線、隔離開關(guān)、開關(guān)引線、接觸線、電連接線等組成，稱其為主導(dǎo)電回路。主導(dǎo)電回路各部分是由各種線夾連接的，從而使

3、得這一回路沿鐵路延伸，滿足向電力機車供電的需要。這些線夾及其被連接的部分為主導(dǎo)電回路的電氣連接，這些電氣連接同樣具備主導(dǎo)電回路的要求，即允許通過與被連接導(dǎo)線同樣的電流。因此，主導(dǎo)電回路中的電氣連接必須良好，這樣才能保證主導(dǎo)電回路的暢通。2、站場內(nèi)主導(dǎo)電回路不暢的幾種原因電氣連接部分因連接不良或長時間運行松動等原因引起的電化學(xué)腐蝕，造成主導(dǎo)電回路的截面（或當(dāng)量截面積）不足，電氣連接阻抗加大，從而導(dǎo)流不暢，燒傷接觸網(wǎng)設(shè)備。如：將承力索納入了電連接電氣導(dǎo)流的一部分；電連接線夾大小槽裝反；線夾內(nèi)有雜物；設(shè)備線夾間非面面接觸等等。2.1設(shè)計施工造成的設(shè)備隱患隨著鐵路不斷提速和萬噸重載列車的開行，目前線路

4、的牽引運能多已超出了設(shè)計裕量。雖對線路牽引運能的增加裕量有所考慮，但原采用的一些線索因持續(xù)載流量偏小而承受不了大電流的長期運行，發(fā)生了電氣燒傷。原設(shè)計中的電連接的位置和數(shù)量也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大功率機車持續(xù)載流的需要。特別是在坡度較大站場，電連接及變電所饋出端各類設(shè)備線夾容量不足，錨段內(nèi)股道電連接安裝間距較大的問題更為突出，在機車持續(xù)取流時極易導(dǎo)致設(shè)備的燒損，發(fā)生零部件脫落、斷線事故，給運輸生產(chǎn)帶來很大的干擾。另外多股道站場內(nèi)立體交叉的接觸網(wǎng)線索、錨段關(guān)節(jié)、線岔處等，因施工時未能嚴(yán)格執(zhí)行安裝標(biāo)準(zhǔn)，受風(fēng)力、溫度變化、電力機車通過等因素作用，有壓差的帶電線索的絕緣距離不夠，發(fā)生弧光放電、燒傷設(shè)備的現(xiàn)

5、象。相同或不同材質(zhì)的線索間的線夾，采用點線式而不是面面式接觸、阻抗較大，加之連接件材質(zhì)和壓接工藝不合理、長時間運行溫升過高，造成線索和線夾發(fā)生燒傷。2.2主導(dǎo)電回路未形成閉環(huán)、主導(dǎo)電通道曲折站場中的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在進行電氣連接時，由于種種原因造成主導(dǎo)電回路未形成閉環(huán)、主導(dǎo)電通道曲折，引起分流嚴(yán)重而燒傷接觸網(wǎng)零部件。有些站場由于饋電線只在單條股道上網(wǎng)，未對同饋線的其他股道進行上網(wǎng)，致使同饋線的其他股道以及相鄰區(qū)間機車取流的電流都要通過其上網(wǎng)，引起股道上網(wǎng)處局部溫升過高，容易照成上網(wǎng)股道的電連接線夾內(nèi)接觸線斷線事故。2.3 股道間電連接的設(shè)置遠(yuǎn)離軟橫跨部分站場在設(shè)計、施工時股道間電連接離此股

6、道的軟橫跨定位較遠(yuǎn)。當(dāng)電力機車在此道取流時，主供電流通過與鄰道相連的電連接迂回流向電力機車，而由于此股道的軟橫跨位于電源側(cè)，故定位繩的分流比較大，該分流電流從鄰道經(jīng)軟橫跨上下部固定繩、定位環(huán)線夾、定位器到本道。而定位環(huán)線夾與定位器間為非永久固定性連接，當(dāng)電力機車通過時受電弓的抬升力使定位器瞬時減載導(dǎo)致定位器與定位環(huán)線夾間松動，兩者接觸電阻加大，分流電流流過時溫升過高，時間一長便造成了定位環(huán)線夾與定位鉤間的燒傷。2.4 零部件分流在接觸網(wǎng)中，電氣連接數(shù)量越多、性能越好，零部件的分流就越小，但是，電氣連接數(shù)量再多、性能再好，也不可能把其它零部件的分流減為零。零部件分流有其固然性，不能將分流問題統(tǒng)統(tǒng)

7、歸結(jié)為電氣連接不良。有分流就會產(chǎn)生電氣燒傷，尤其是對活動部位的危害性較大。因為活動部位處多為點線接觸而非面面接觸、且活動鉸結(jié)的活動量大，這樣活動部位處的電氣接觸電阻也就比較大，所以分流燒傷程度比較重。我段豐沙大線平時檢修時常常在周圍電氣連接性能良好的情況下，發(fā)現(xiàn)許多烏黑的吊弦本體并不銹蝕，但在調(diào)整導(dǎo)高的過程中，夾在接觸線吊弦線夾內(nèi)的4.0鐵線回頭彎曲處常常折斷，其與接觸線吊弦線夾內(nèi)掛口相接觸的彎曲面上呈紅褐色，并且有窩狀麻點，越在大坡道區(qū)段此類現(xiàn)象越多。這就是吊弦分流所引起的。 3、兩起典型高鐵站場內(nèi)主導(dǎo)電回路分流接觸網(wǎng)設(shè)備故障3.1 京滬高鐵A站定位器弓網(wǎng)故障3.1.1 概況2013年7月3

8、1日08時36分，京滬高鐵X變電所213、214#DL跳閘，213#DL電流速斷動作、214#DL距離段動作，重合閘成功，故障類型為下行T-R故障，天氣：晴。跳閘時GXX次動車組從A站11道出站，經(jīng)過岔區(qū)進入正線，15號車廂受電弓碳滑板斷裂而自動降弓，司機緊急停車停車。9時01分，列車換弓后繼續(xù)運行。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)A站下行出站側(cè)線11道319#處（軟索式硬橫跨懸掛方式）接觸網(wǎng)定位環(huán)線夾斷裂、定位器脫落，定位器尾部纏繞在吊索式硬橫跨上下部固定繩間的電連接上。3.1.2 現(xiàn)場情況故障現(xiàn)場接觸網(wǎng)平面圖安裝圖故障現(xiàn)場照片定位器定位環(huán)線夾現(xiàn)場使用的定位器為G3型定位器，長度為1200mm，定位鉤的材質(zhì)為Q2

9、35A；定位環(huán)線夾本體材質(zhì)為Q235A，廠家均為保德利。工區(qū)通過天窗點內(nèi)對現(xiàn)場對故障點進行檢查，發(fā)現(xiàn)：319#定位環(huán)線夾和定位器定位鉤存在嚴(yán)重放電燒傷。燒傷的定位器、定位環(huán)線夾3.1.3 原因分析車站319#支柱節(jié)點5處定位器與定位環(huán)線夾之間無電氣連接線，弓網(wǎng)動態(tài)振動情況下定位環(huán)線夾與定位器定位鉤之間接觸不良而存在放電現(xiàn)象，導(dǎo)致兩者連接處燒傷，長期放電作用最終導(dǎo)致定位環(huán)線夾燒斷。定位器尾部脫落后侵入受電弓動態(tài)包絡(luò)線，后弓（15車）通過時發(fā)生弓網(wǎng)故障，導(dǎo)致受電弓碳滑板斷裂，同時在碰撞的過程中，帶電體與機車接地體絕緣距離不足，造成變電所饋線跳閘，定位器尾部被打后卡在上下部固定繩電氣連接線上，重合閘

10、成功。車站南頭岔區(qū)無股道電連接，主導(dǎo)電回路不暢，硬橫梁的下部固定繩將正線電流分流到側(cè)線，相當(dāng)于起到了股道電連接的作用。車站機車取流示意圖通過車站機車取流示意圖（以11道發(fā)車為例）可以看出當(dāng)機車?？吭?1道啟動發(fā)車取流的時候，電流通過159#上網(wǎng)隔開，再經(jīng)過13道與11道之間的股道電連接給機車供電，此時供電與下行正線無關(guān)。當(dāng)機車通過分段絕緣器后，機車取流方式改變，正常情況下電流應(yīng)通過下行正線經(jīng)過22#、24#、20#道岔電連接給機車供電，因319#-354#硬橫梁比22#、20#道岔更靠近車站，電流走捷徑，下行正線一部分電流通過319#-354#硬橫梁下部固定繩環(huán)流到319#定位點接觸線上，由于

11、G3定位器定位鉤與定位環(huán)之間無電氣連接線，是導(dǎo)電的薄弱環(huán)節(jié)，兩者之間因振動有間隙，產(chǎn)生放電燒傷現(xiàn)象，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。3.2 B動車段定位器脫出故障3.1.1 概況2014年3月31日17點B動車段回庫動車組反映、場連線2道433#支柱處接觸網(wǎng)零件垂于接觸線下方，有可能打弓。動車段巡視人員趕到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)：、場連線433-434#軟橫跨2道節(jié)點5矩形鋁合金定位器尾部從定位支座脫出，垂于下部固定繩下方，已經(jīng)侵限，一旦有機車通過時后果不堪設(shè)想。3.2.2 現(xiàn)場情況故障現(xiàn)場接觸網(wǎng)平面圖故障現(xiàn)場照片燒傷的定位器、定位支座定位支座 矩形鋁合金定位器現(xiàn)場使用的定位支座為BJL030201C型定位支座，定位支

12、座本體材質(zhì)為GK-AlSi7Mg0.6T6；定位器為BJL030202型矩形鋁合金定位器，定位鉤的材質(zhì)為6082T6，廠家均為保德利。3.2.3原因分析B動車段內(nèi)、場連線及靜調(diào)庫由Y變電所254#KX主供，該供電臂內(nèi)各股道間無股道電連接線導(dǎo)致主導(dǎo)電回路不暢，軟橫跨下部固定繩將正線電流分流到側(cè)線，相當(dāng)于起到了股道電連接線的作用。433-434#軟橫跨節(jié)點5定位器與定位支座無電氣連接線，弓網(wǎng)動態(tài)振動情況下定位支座與定位器定位鉤之間接觸不良而存在放電現(xiàn)象，導(dǎo)致兩者連接處燒傷，長期放電作用最終導(dǎo)致定位器脫出。通過車站機車取流示意圖（以1道發(fā)車為例）可以看出當(dāng)機車?？吭?道啟動發(fā)車取流的時候，電流通過1

13、道接觸線給機車供電，同時還有部分電流從2道接觸線經(jīng)過433-434#軟橫跨走捷徑，通過下部固定繩環(huán)流到1道接觸線上，由于矩形定位器定位鉤與定位支座之間無電氣連接線，是導(dǎo)電的薄弱環(huán)節(jié)，兩者之間因振動有間隙，產(chǎn)生放電燒傷現(xiàn)象，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生?，F(xiàn)場供電臂情況車站機車取流示意圖搶修人員天窗點內(nèi)安裝股道電連接線3.3 兩起故障的共性分析首先，兩起故障燒損定位點均存在拉出值較小，定位器受力小，定位器定位鉤與定位環(huán)線夾、定位支座有間隙。如：A站場319-354#軟橫跨定位點拉出值為100mm，B動車段433-434#軟橫跨定位點拉出值為0mm。接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程中規(guī)定：“160km/h及以下區(qū)段：標(biāo)準(zhǔn)值

14、：直線區(qū)段200300mm；曲線區(qū)段根據(jù)曲線半徑不同在0350mm之間選用?！眱善鹞恢镁鶠橹Ь€區(qū)段，拉出值較小，定位器受力較小，當(dāng)有列車通過時，接觸網(wǎng)發(fā)生震動，使定位器定位鉤與定位環(huán)線夾、定位支座間產(chǎn)生間隙，造成放電燒傷現(xiàn)象。其次，兩起故障位置定位器與定位支座或定位環(huán)線夾均未加裝電氣連接線。定位器與定位支座或定位環(huán)線夾之間相連的電氣連接線主要起到等電位的作用，若無電氣連接線，易產(chǎn)生放電現(xiàn)象并燒傷接觸網(wǎng)設(shè)備。再次，兩起故障均發(fā)生在站場岔區(qū)附近，為了便于站場內(nèi)設(shè)備檢修，縮小供電范圍，一般在處于供電臂末端的站場兩側(cè)設(shè)置分段絕緣器或者絕緣錨段關(guān)節(jié)。但是在兩起故障中，由于缺少足夠的股道電連接線，造成部分

15、電流通過軟橫跨下部固定繩環(huán)流為機車供電，機車通過時受電弓抬升力使定位器瞬時減載，導(dǎo)致定位器與定位環(huán)線夾、定位支座間松動，兩者間接觸電阻加大，分流電流流過時溫度升高，長此以往造成設(shè)備燒傷。4、主導(dǎo)電回路不暢引發(fā)設(shè)備燒傷的防止措施（1）在進行接觸網(wǎng)施工設(shè)計時，應(yīng)按遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)來選定主導(dǎo)電回路中的零部件。對既有的一些載流量偏小的線索、設(shè)備進行技改。（2）在鏈形懸掛與簡單懸掛的銜接處、加強線（載流承力索）的終端、車站電力機車經(jīng)常起動處所的股道之間，應(yīng)裝設(shè)電連接。極限溫度條件下，交叉跨越線索間距不足200mm的處所應(yīng)加裝等位線。等位線應(yīng)與被連接線索材質(zhì)相同，截面積不少于10mm2。（3）接觸網(wǎng)零部件的活

16、動鉸接處等部位采取絕緣措施，可徹底消除接觸網(wǎng)零部件分流。如采用絕緣吊弦,在腕臂上的套管環(huán)、定位環(huán)、套管鉸環(huán)和定位繩上的定位環(huán)線夾處等加裝絕緣墊等。并在接觸網(wǎng)零部件活動鉸接部位加裝電氣連接線，采用并聯(lián)分流的方式減小流過零部件的分流。（4）接觸網(wǎng)零部件活動鉸接處的連接部位接觸電阻可通過增大接觸面積和增大接觸壓力來降低接觸電阻。如采用新型接觸網(wǎng)限位定位器，減小連接處環(huán)路電阻。(5)安裝電連接器時，電連接線夾的大小槽要安裝正確；不要將綁扎線夾到線夾內(nèi)；電連接線應(yīng)全部夾入線夾槽內(nèi)；電連接線的額定載流量不小于被連接的接觸懸掛、供電線的額定載流量，不得有松股、斷股、和燒傷現(xiàn)象，且不得有接頭。(6)在隔離開關(guān)

17、、電連接器、饋電線接續(xù)點等主導(dǎo)電回路連接線夾部位粘貼測溫片，利用其色彩隨溫升而變化的特性來監(jiān)測電氣連接的性能和狀態(tài)。(7)做好接觸網(wǎng)設(shè)備的巡視，特別是夜間巡視工作。對變電所、供電線等主導(dǎo)電回路設(shè)備定期進行晝間夜間巡視，晝間重點巡視檢查主導(dǎo)電回路測溫片有無變色現(xiàn)象，線索、電連接有無散股、斷股、變色、零部件有無松脫現(xiàn)象；夜間重點檢查饋電線回路有無放電、發(fā)熱現(xiàn)象。5、結(jié)束語主導(dǎo)電回路是在電氣化鐵道的發(fā)展中逐步提出來的，由于主導(dǎo)電回路不暢造成的接觸網(wǎng)零部件燒損問題還有待于進一步研究，我們只有在工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找出共同的規(guī)律加以研究，采取針對性的措施，并積極采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝，加強在線監(jiān)測監(jiān)控，努力做到從根本上加強主導(dǎo)電回路強度，采取各種措施減少接觸網(wǎng)零部