錨段關節式電分相引起接觸網跳閘原因的分析

劉 翔 上海鐵路局徐州供電段

上海鐵路局管內西隴海線夾河寨--局界區段有3座牽引變電所、2座分區所和5組接觸網關節式電分相設備。2006年西隴海線鄭徐段進行電氣化鐵路改造后，全部采用七跨錨段關節式電分相(以下簡稱為關節式電分相)。由于關節式電分相可以減少接觸網硬點，滿足了列車提速的要求。然而，2006年電氣化鐵路開通以來，該區段改造后的關節式電分相多次出現了電力機車通過時發生接觸網跳閘、燒傷現象，嚴重威脅著供電和行車安全。

1 事故概況

2010年3月26日，編組為2臺SS4、4臺SS1型機車組成的51082次列車，運行至上海局管內西隴海線200 km/h區段李莊至黃口區間時，因多臺機車受電弓同時升弓運行，造成七跨式錨段關節分相182#支柱附近導線3處燒傷，188#支柱處導線及承力索燒傷，導致文莊變電所212、214#斷路器同時跳閘。

2 錨段關節式接觸網電分相簡介

在分析原因之前，首先介紹一下錨段關節式電分相的技術特性。

2.1 接觸網電分相的分類及技術特點

接觸網電分相有兩種，其一是利用錨段關節進行電分相，另一種是利用專門的電分相裝置即電分相絕緣器進行電分相。電分相絕緣器只能用于電氣上的絕緣，而錨段關節既可以實現電氣分開，也可以實現機械方面的分開。從弓網關系分析，當機車運行速度超過120 km/h時，電分相絕緣器的各種技術參數已無法滿足接觸網安全運行的需要；而錨段關節式電分相完全可以滿足時速200 km以上接觸網系統的要求。我國電氣化鐵道接觸網通常采用的錨段關節式電分相有七跨式、八跨式和九跨式3種。目前，上海鐵路局管內西隴海線200 km/h區段接觸網分相采用的空氣間隙絕緣的錨段關節式接觸網分相為七跨式。

2.2 七跨式錨段關節電分相的結構特點、原理及技術要求

如圖1所示，分相錨段與既有錨段間采用相間空氣絕緣的裝配形式，從而達到分相的目的。即運行中的機車受電弓在A相取流，通過A相錨段的抬升，過渡到與之通過空氣絕緣的中性錨段上；然后，再通過中性錨段的抬升，過渡到與中性錨段有空氣絕緣的B相錨段上，從而實現電分相。

圖1 七跨式錨段關節電分相結構平面示意圖

錨段關節式電分相中性、無電區對機車受電弓取流的技術要求：當機車編組采用多弓運行時，七跨及其它錨段關節式的中性無電區與電力機車雙弓間的距離有關，即：(1)若多弓用高壓母線聯接，應保證兩最遠端受電弓之間距離L小于電分相無電區的長度1（L＜L1），如圖2所示；(2)若多弓之間無高壓母線聯接，應保證任意兩個受電弓之間的距離L小于無電區長度L1（見圖3），或者大于中性區的長度L2（見圖4）。

圖2 兩最遠端受電弓間距離小于無電區長度示意圖

圖3 任意兩受電弓間距離小于無電區長度示意圖

3 原因分析

圖4 任意兩受電弓間距離大于中性區長度示意圖

通過對七跨式錨段關節電分相的結構特點、原理及技術要求的介紹，我們不難看出，可能引起接觸網電分相燒損的原因有兩個：

一是有電氣聯接的機車受電弓，若兩弓間距離大于無電區長度1，如圖5所示，接觸網A相電流通過機車受電弓①流入機車，然后經過機車受電弓②流入接觸網B相，造成接觸網A、B相間高壓短路，導致機車受電弓及接觸網燒損。

二是無電氣聯接的重聯機車任意兩弓間距離小于中性區長度2。如圖6所示，接觸網A相電流通過機車受電弓①流入中性區錨段的接觸網，然后經過機車受電弓②流入接觸網B相，造成接觸網A、B相間高壓短路，導致機車受電弓及接觸網燒損。

此次事故發生在51082次列車運行中，各機車均未升雙弓運行，即受電弓間沒有電氣聯接，初步可以判定后者是造成這起事故的原因。

圖5 受電弓間距離大于無電區長度時弓網關系平面示意圖

圖6 受電弓間距離小于中性區長度時弓網關系平面示意圖

此次事故列車編組為：SS40313（本務）+SS10624+SS40312+SS10618+SS10622+SS10573，6臺機車中第1臺到第6臺機車受電弓最大長度為134.8 m，李莊至黃口區間電分相中性區長度L2為186.2 m，即L＜L 2，符合無電氣聯接的重聯機車同時升弓造成電分相燒損的條件。此次接觸網電分相燒損情況為182#支柱附近導線3處燒傷，188#支柱附件導線及承力索燒傷，182＃與188＃支柱間距離約為152 m，而第1臺到第6臺機車受電弓間距為134.8 m，且第1、6機車受電弓滑板有燒痕。因此可以得出結論：此次事故原因是由于第1臺本務SS40313機車和第6臺SS10573機車受電弓通過錨段電分相的中性區，將接觸網A、B相短路造成。

4 采取的措施

上海鐵路局管內西隴海線200 km/h區段運行的機型較為復雜，除上述 SS1、SS4型機車外，還有 SS3、SS3B、SS6、SS7型機車及CRH2型動車組等機型。為防止該區段內所有運用機車及動車組重聯多弓運行通過分相造成接觸網電分相燒損，在多機重聯運行時應采取"有條件雙弓通過"方式。具體措施如下：

(1)電力機車、動車組原則上升后弓運行（因故障或其他原因必須升前弓時除外）。

(2)電力機車重聯運行通過錨段關節式分相時，除按規定斷合主斷路器外，運行中還應遵守以下要求：

①第三位及以后機車必須降弓通過；

②第一位機車升后弓運行，第二位如為12軸機車（如SS3B型固定重聯機車），則第二位機車必須降弓或升前弓通過；

③第一位為6軸機車（如SS1機車）不得已升前弓運行時，第二位機車如為8軸以上車（如SS4、SS3B型固定重聯機車），則第二位機車必須降弓或升前弓通過；

④第一位為8軸機車（如SS4型機車）不得已升前弓運行時，第二位機車必須降弓或升前弓通過；

⑤第一位為12軸機車（如SS3B型固定重聯）不得已升前弓運行時，第二位機車必須降弓通過。

(3)動車組重聯運行禁止采用"前車升前弓、后車升前弓"的運行方式。后車不得已必須升前弓時，后車司機必須通知前車司機換升前弓后方可執行。

(4)動車組途中故障由電力機車擔當救援任務時，無論牽引或推進，通過錨段關節式分相時，動車組司機必須降弓通過。

(5)電力機車、動車組重聯運行時，本務司機在開車前組織重聯司機開好小組會，制定途中運行操縱、聯系辦法。

(6)機車乘務員嚴格執行"多機牽引與補機推進有關規定"（《機車操作規程》第三十四、三十五條）；同時可利用無線通信設備加強前、后機車聯系，確保列車運行安全。

5 結束語

隨著我國電氣化鐵路的快速發展，錨段關節式電分相以其硬點小的優點將在既有線提速和客運專線建設中大面積采用。而電力機車通過錨段關節式電分相時發生跳閘現象不僅會直接造成接觸網燒傷斷線，中斷供電和運輸，而且頻繁的近端短路，數千安的大電流沖擊，也直接威脅牽引變電所主變壓器的安全運行。該現象原因復雜，牽涉電力機車和牽引供電兩個專業，建議引起有關單位的高度重視，加強理論研究和現場調查研究，盡快解決這一技術難題，為我國電氣化鐵路的提速和建設提供技術支持。