接觸網線岔處弓網故障分析及對策

王章刊

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接觸網線岔處弓網故障分析及對策

王章刊

接觸網線岔處是弓網故障的多發區，通過對接觸網線岔處弓網故障原因進行分析，結合接觸網線岔靜態和動態分析，提出防止接觸網線岔處弓網故障的具體措施，以提高接觸網運行的安全性和可靠性。

接觸網；線岔；弓網故障

0 引言

隨著我國高速電氣化鐵路列車運行速度的不斷提高，電力機車對輪軌關系和弓網關系的安全可靠性要求不斷提高。弓網關系是接觸網的一項關鍵技術指標，列車運行速度越高，受電弓的動態抬升量和動態擺動量越大，弓網動態受流質量下降；列車速度提高后，容易造成受電弓與接觸懸掛中的接觸網零件發生碰弓、鉆弓、剮弓現象，導致弓網故障的發生，甚至中斷列車運行，嚴重影響了鐵路運輸的秩序。

弓網故障多發生在線岔處，為實現列車速度提高后受電弓在線岔處平穩過渡，降低弓網故障的發生概率，從研究弓網關系入手，對接觸網線岔處弓網故障原因進行分析，提出防止弓網故障的具體措施，提高受電弓受流質量及接觸網運行的安全性和可靠性。

1 接觸網線岔處弓網故障形式

受電弓通過接觸網線岔時，安全平滑地由一支接觸線過渡到另一支接觸線，達到轉換線路的目的。當接觸網或受電弓一方或雙方技術條件遭受破壞，會發生受電弓碰弓、鉆弓、剮弓現象。接觸網線岔處常見弓網故障形式如下：

（1）在始觸區裝設吊弦、電連接線夾引起弓網故障。

（2）定位立柱、定位器等侵入受電弓的動態包絡線。

（3）受電弓通過線岔的等高區時，2支接觸線不等高。

（4）環境溫度變化時，吊弦線夾、電連接線夾相對位置發生移動，從始觸區外移至始觸區內。

（5）道岔改造后接觸網線岔未及時調整到位。當進行道岔改造，道岔處軌道限界、標高、超高等參數發生變化時，接觸網線岔參數未隨軌道參數變化及時調整到位。

2 接觸網線岔處弓網故障原因分析

2.1 始觸區內裝設吊弦線夾、電連接線夾

（1）交叉線岔處（圖1），受電弓從正線過渡到側線或從側線過渡到正線過程中，交叉線岔正線接觸線距側線線路中心或側線接觸線距正線線路中心，水平投影間距600～1 050 mm始觸區內，由于受電弓抬升力的作用，即將駛入區域的接觸線比正在行駛區域的接觸線低，這也是即將駛入區域接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板的主要原因。當始觸區內裝設吊弦線夾、電連接線夾時，接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板易發生碰弓、鉆弓、剮弓現象。

（2）無交叉線岔處（圖2），列車從側線進入正線時線間距806～1 306 mm范圍內，列車由正線進入側線時線間距126～526 mm范圍內為始觸區。從正線到側線始觸區內，所要駛入區域的接觸線高度總比行駛區域的接觸線高出一個值，故受電弓可以平穩過渡；從側線到正線始觸區內，接觸線從受電弓圓弧處爬上受電弓水平滑板。當始觸區內裝設吊弦線夾、電連接線夾時，受電弓在過渡過程中會發生碰弓、鉆弓、剮弓現象。

1.線岔；2.始觸區；3.受電弓。

圖2 無交叉線岔始觸區

2.2 障礙物侵入受電弓動態包絡線

在弓網相互作用過程中，弓網之間存在“幾何、電氣、機械、材料”4大耦合關系，幾何關系是弓網安全運行的基礎。為了防止受電弓撞擊接觸網定位裝置以及碰弓、鉆弓、剮弓現象，國內外相關人員在接觸網、受電弓及其相互作用等方面均進行了長期深入研究和試驗，形成了以德國為代表的“無線夾空間與限位定位裝置”和以法國為代表的“受電弓動態包絡線與最大抬升量定位裝置”（圖3）2種思路，用于指導接觸網的設計、施工和運營管理。因此，列車高速運行過程中，受電弓的最大動態抬升量和最大動態擺動量即構成了受電弓動態包絡線范圍。在該范圍內不得出現任何障礙物，否則很可能發生弓網故障。受電弓在最大抬升及最大擺動時定位立柱外形輪廓、定位器根部與受電弓發生碰撞；定位立柱、定位器等侵入受電弓動態包絡線范圍均會引起弓網故障。

1.受電弓工作范圍；2.受電弓輪廓線；3.受電弓端頭垂直和水平位移；h.受電弓動態抬升量。

2.3 溫度變化引起接觸線伸長和收縮

當溫度變化時，接觸線伸縮，吊弦線夾和電連接線夾隨著接觸線的伸縮而移動，可能由始觸區外移至始觸區內，致使受電弓在始觸區發生碰弓、鉆弓、剮弓現象。

接觸線伸縮量計算式為

=(x-min) （1）

式中，為接觸線的伸縮量，m；為中心錨結或無補償下錨至全補償下錨的距離，m；為接觸線溫度膨脹系數（1/℃）；x為現場環境溫度，℃；min為最低溫度，℃。

3 防止線岔處弓網故障的措施

基于對接觸網線岔結構進行的靜態和動態分析，以及考慮與弓網相匹配的幾何參數，如相鄰吊弦高差、始觸區、接觸線無線夾區、受電弓有效工作寬度、受電弓有效工作范圍、受電弓動態包絡線等，提出如下措施以減少或避免接觸網線岔處弓網故障的發生。

3.1 安裝交叉吊弦

在靠近始觸區正線和側線間裝設交叉吊弦（圖4）。交叉線岔在岔心側安裝交叉吊弦2根，交叉吊弦位于距線路中心≤400 mm范圍內，兩交叉吊弦縱向間距為200～300 mm；無交叉線岔在兩線間距550～600 mm間裝設一組交叉吊弦。

1.側線承力索；2.正線承力索；3.交叉吊弦；4.側線接觸線；5.正線接觸線；6.正線線路中心；7.受電弓。

安裝交叉吊弦的目的是限制始觸區的高差，確保受電弓能夠平滑安全地通過始觸區。

3.2 始觸區內不允許安裝吊弦線夾、電連接線夾

始觸區是受電弓弓頭圓弧部分開始接觸另一支接觸線的區域，在始觸區內滑板通常不是從接觸線正下方接觸，而是從側下方進入，如果在始觸區內安裝吊弦線夾、電連接線夾，有可能造成碰弓或和打弓，始觸區內不允許安裝吊弦線夾、電連接線等任何接觸網零件，該處為接觸線無線夾區。

3.3 受電弓包絡線檢測

受電弓包絡線檢測分為靜態和動態檢測。在無外界擾動情況下獲取接觸線空間位置參數為靜態檢測；在接觸線與受電弓動態相互作用狀態下獲取接觸線空間位置參數為動態檢測。動態包絡線檢測實質上就是對線岔處弓網關系進行幾何耦合方面檢測，確保不發生碰弓、鉆弓、剮弓現象。檢測方法是在接觸網作業車上使用受電弓包絡線檢查尺檢測線岔部件。受電弓包絡線檢查尺按照設計給定的該線路機車受電弓（寬2 100 mm）的最大抬升量（220 mm）和最大擺動量（直線地段250 mm，曲線地段300 mm）制作（表1）。動態包絡線檢測尺的一半是直線區段受電弓動態包絡線輪廓，另一半是曲線區段受電弓動態包絡線輪廓，檢測尺上標有計量刻度和拉出值。

對于檢測發現侵入包絡線范圍內的接觸網零件，應及時進行處理，直至包絡線檢測尺檢查合格。

表1 受電弓最大抬升和擺動量

4 結語

通過上述分析可以看出，接觸網線岔處是接觸網弓網故障的多發區，通過對該處弓網故障產生原因進行分析，結合接觸網線岔靜動態以及弓網匹配參數分析，采取交叉吊弦、無線夾空間以及受電弓動態包絡線檢測等措施，避免接觸網線岔處弓網故障的發生，以提高電氣化鐵路接觸網運行的安全性和可靠性。

[1] 中國鐵路總公司. 高速鐵路接觸網技術[M]. 北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 電氣化工程局電氣化勘測設計研究院. 高速鐵路牽引供電技術研究[M]. 北京：中國鐵道出版社，1995.

[3] 劉彥卿，朱飛雄，王章刊. 受電弓動態包絡線檢測[J] . 鐵道機車車輛，2004，24（6）：58-60.

The locations of overhead crossings of OCS are the locations where the catenary-pantograph faults are prone to occur; the paper proposes detailed counter-measures for protection against the faults at overhead crossings of OCS, so as to improve the safety and reliability of OCS operation.

OCS; overhead crossing; catenary-pantograph fault

U226.8+1

B

1007-936X(2018)02-0042-03

2017-10-16

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.010

王章刊.中鐵華鐵工程設計集團有限公司，高級工程師。