分析大風天氣造成弓網故障的原因及防風措施

摘 要：分析了大準電氣化鐵路接觸網由于受大風影響，接觸網穩定性差，造成弓網故障的原因，簡要分析了接觸網穩定性差的原因，提出了接觸網抗風穩定性的措施

關鍵詞：大風 弓網故障 原因 防風 措施

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0114-02

接觸網設備沿線露天布置，工作環境惡劣，使用條件苛刻，在無備用的情況下，一旦發生故障，將對鐵路運輸秩序造成很大影響。然而，接觸網故障的類別和成因是千差萬別的，完全避免故障難以做到。風對接觸網來說，不僅增加線索的機械負荷，而且在各種風速和不同風向的作用下，會使接觸線產生擺動、震動，風速大且強勁的風會使接觸線出現巨大擺動和上下震動，造成接觸線的技術狀態發生急劇變化，以致影響電力機車的正常運行，發生弓網故障。

大準鐵路地處北方高原地帶，海拔在1300～1500 m之間，每年從11月份至次年5月份是刮風天氣，風期長，出現沙塵暴天氣較為頻繁和強烈，有時風力達到12級；接觸網好多地段在山口、谷口、高路堤和泄洪橋梁處，經常處于高原惡劣天氣環境當中，在多風季節，很容易發生弓網故障。從1997年電氣化鐵路開通至今，大風天氣造成弓網故障26起，發生弓網故障對設備的破壞性嚴重，搶修故障中斷供電時間長，已成為制約鐵路運輸正常秩序和安全的障礙。為確保接觸網設備在大風條件下能夠安全可靠的運行，最大限度減少對鐵路運輸的影響，是我們對接觸網改造中的重要課題，現就大準鐵路接觸網發生弓網故障的成因和防范措施談談自己的看法。

1 近幾年來大準鐵路在大風天氣發生弓網故障情況（見表1）

從表格統計看發生弓網故障有以下特點。

（1）發生故障的地點均在風口直線地段。

（2）發生故障的接觸網跨距均大于55 m。

（3）鉆弓處大部分在接觸網反定位附近發生。

（4）弓網故障發生在每年的11月份-次年5月份期間的大風天氣下（現場目測風速在10級以上，當時一個人掛不了地線）。

（5）造成的損失巨大，故障搶修時間長，影響運輸嚴重。

2 發生弓網故障的原因分析

2.1 最大風偏移值超過設計值是造成弓網故障的的主要因素

接觸網抗風穩定性差主要體現在接觸線的最大風偏移值超過設計值造成弓網故障的發生。

接觸網風偏移的受力分析：（見圖1）。

當風作用在接觸線上時，接觸線產生順風方向的偏移，從圖中可以看出接觸線在垂直負載gj和水平風負載Pj作用下，由C點移至B點。

最大水平偏移值為：

bj為水平偏移值，mm；

Pj為接觸線水平風負載，N/m；

qv為接觸線合成風負載，N/m；

y為接觸線的馳度，mm；

L為跨距長度，m；

Tj為接觸線張力，N。

當取最大設計風速時，接觸網最大跨距中計算風偏移值為447 mm，而在受電弓滑板625 mm有效工作范圍內，理論上不足以使受電弓鉆弓，但現場實際情況卻發生了弓網故障。經過對北黃土溝—— 十九溝發生的幾起弓網故障分析，它們有共同的特點：都處于直線區段、都處于風口地段、現場目測風速在10級以上強勁（一個人掛不上接觸網地線），每一起弓網故障都是從反定位器前后第1根和第2根吊弦處鉆入接觸網。

當支柱處于上風側時，在反定位處風對接觸線的作用力與定位器對接觸線的拉力方向一致，整體使定位器承受一個壓力，持續不斷的壓力會造成反定位管向上劇烈擺動；在反定位管上擺同時，定位器則繞長定位環向下擺動，造成定位器對接觸線失去了定位的作用；結果使接觸線形成了一個110～120m的大跨距，在反定位處出現了一個由兩個跨距接觸線偏移值疊加的偏移量，大大超過了接觸網的設計偏移量和受電弓允許工作范圍，造成了受電弓鉆弓，發生弓網故障。

2.2 接觸網跨距大是造成穩定差的主要原因

在鏈形懸掛中，風同時作用在承力索和接觸線上，由于接觸線和承力索通過吊弦相互作用，接觸線風偏移的狀態比較復雜，根據最大水平偏移值的計算公式：

可知，跨距越大，接觸線的最大水平偏移值越大，接觸網的穩定性越差。

因此，在確定鏈形懸掛跨距時要根據接觸網在風力作用下，相對受電弓中心線所產生的允許偏移值來確定的技術跨距。我國接觸網跨距規定：直線區段最大允許跨距不應超過65 m；山口、谷口、高路堤和泄洪橋梁等風口范圍內的跨距應縮小5～10 m，最大跨距不大于50 m。

2.3 反定位方式不牢固，易造成定位變化

大風作用在反定位裝置上，由于定位管較長，主要受力來自與腕臂連接的定位環和與定位器連接的長定位環；在持續風壓作用下，使反定位管上下擺動，定位器不斷撞擊長定位環，導致長定位環偏轉，定位器定位鉤卡滯扭轉變形從定位環脫出，對接觸線失去定位作用，風偏移過大造成受電弓離線而發生弓網故障。

2.4 接觸線張力不足，造成接觸網擺動過大

接觸網的張力和馳度是決定接觸線風偏移的重要因素，根據水平偏移值的計算公式：

可知：接觸線風偏移值與接觸線的馳度成正比，與接觸線的張力成反比。

因此，接觸線張力不足，如接觸線補償裝置墜坨數量不夠，會造成接觸線的順線路方向張力減小；直線區段“之”字值調整偏小，會造成接觸線垂直線路方向的張力減小，從而增大了接觸線的馳度，在風壓作用下，使接觸線風偏移值超過允許值。

3 提高接觸網穩定性的措施

針對大準鐵路近幾年接觸網發生的弓網故障進行了分析和研究，進行了大膽的嘗試，采取了一定的措施來提高接觸網穩定性。

（1）縮短技術跨距，提高接觸網穩定性。

首先我們對大準鐵路接觸網進行徒步觀察、測量，根據近幾年來接觸網發生的弓網故障的地段，確定接觸網受大風侵擾的風口重點地段。（見表2）

根據大準鐵路接觸網風口地段統計表中防風重點地段以及對近幾年發生弓網故障的特點，我們決定對其重點地段進行改造，即在相鄰支柱的跨中增設支柱，縮小跨距，有效的減小風偏移。從2010年防風地段技術改造后，接觸網設備運行兩年，沒有發生過因大風造成的弓網故障。因此，跨距的縮小能夠使接觸線在定位點處對定位器形成較大的張力增量，抑制了定位器的擺動，增強定位的穩定性。

（2）改變定位方式，提高反定位的穩定性。

在反定位上加裝防風支撐有效的抑制反定位管的上下擺動。

（3）加裝V型拉線來抑制反定位的左右擺動

（4）在斜腕臂和平腕臂之間加裝腕臂支撐來增強支柱支持裝置的整體強度。

（5）調整防風直線區段的拉出值，正定位的拉出值由200 mm加大為300 mm，反定位的拉出值由200 mm減小為150 mm，這樣既增加了“之”字值而改變了張力又減小了風偏。

（6）在風口地段的大橋定位點處更換限位定位器來提高接觸網的彈性。

4 結論

通過2011年我們對大準鐵路接觸網分別采取增加支柱縮小技術跨距、在反定位加裝防風支撐和V型拉線、改變定位方式、調整接觸網拉出值等措施的實施，接觸網的防風穩定性有了明顯提高，防風能力進一步加強。

參考文獻

[1]于萬聚.接觸網設計及檢測原理[M].北京：中國鐵道出版社.