電氣化鐵路接觸網弓網故障分析與防控

秦龍

摘要：近年來，隨著我國交通事業的快速發展，我國已經成為了名副其實的交通大國。黨的十九大報告首次提出了交通強國，更為我國交通事業的未來描繪了新的宏偉藍圖。鐵路重載和高速技術的大范圍應用，更加速了鐵路電氣化的進程，從而對鐵路接觸網運行提出了更高的要求。電氣化鐵路運營中接觸網是至關重要的系統構成，它與機車弓網密切相關，是整個鐵路供電網安全運行的一個重要因素。本文就弓網故障產生的原因及接觸網處于摩擦、振動、電熱等物理變化影響產生的危害，提出接觸網弓網故障的防控對策和措施。

關鍵詞：接觸網;弓網故障;防控;措施

中圖分類號：U226.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

隨著我國經濟的快速崛起，以及交通強國偉大戰略的實施，鐵路建設已進入一個全新的發展階段，特別是交通基礎設施建設，以不斷刷新的“中國速度”驚艷世界。國能新朔鐵路于2019年12月由國家能源投資集團重新整合成立，是中國神華能源股份有限公司的全資子公司。新朔鐵路包括大準、準池、新準三條電氣化鐵路，是神華集團企業內部神東礦區煤炭集運通道，其主要任務是運輸神東礦區煤炭，并擔負著伊盟地區部分非煤物資和非神華企業煤炭轉運業務。接觸網是鐵路供電系統的關鍵，它的運維質量與所處狀態將對鐵路運輸能力產生直接的影響。本文從鐵路供電系統接觸網工程施工、維護檢修與線路基礎及受電弓原理、構造等方面，深入分析與探討接觸網弓網故障產生的原因，提出通過及時調整設備參數，加強施工管理，協調配合與監控外委施工等有效應對措施，以避免或減少弓網故障的發生，有效提升牽引供電系統運行的穩定性、安全性[1]。針對電氣化鐵路運行中的斷線案例進行重點分析探討，分析其產生的原因，并結合實際提出防控對策。

1 發生弓網故障的危害

機車供電接觸網是一種特殊的電源裝置。它由支柱與基礎、支持、定位、觸線懸掛等部件構成。在我公司實施對供電系統技改完善期間，新開通的接觸網由于種種原因曾多次發生過各種故障，直接影響到鐵路的安全運營，其中，發生頻次最多的就是接觸網斷線故障。在供電系統設備檢修中，最具破壞性、影響范圍最大、停車時間最長、最難恢復處理的就是弓網故障。弓網故障，是指為電力機車提供電能的接觸網相關部件與電力機車的受電弓發生非正常接觸，造成受電弓或接觸網設備損壞的故障。所以，無論是技術業務主管部門，還是運營維修部門，均應將弓網故障視為牽引供電事故的頭號大敵。

2 弓網故障案例與分析

2.1弓網故障的具體案例

機車新技術的快速發展能夠較好地滿足電力機車高速化、智能化的發展需求，從而大幅度提升機車受電弓的技術水平。在機車的受電弓技術的實際應用過程中，一旦接觸網出現故障，將會使整個鐵路系統的運營受到嚴重影響。下面以供電系統接觸網檢修工作中比較具有代表性的接觸網故障案例資料為例進行簡要闡述。

（1）某區段在一次機車進入分岔駛過分相區間時，在之字值約為250 mm的地方，穿過懸吊滑輪的銅質絞線承力索與懸吊滑輪之間產生一定范圍角度折角。在承力索外部包裹的預絞絲片是鋼材質情況下，使承力索被壓形成一定折角。同時由于銅質絞線承力索與外部包裹的鋼質預絞絲片是不同的材質，故而產生較大的過渡電阻，因電熱延展逐股被燒斷，且由于其外部被鋼質預絞絲片包裹，巡視檢查時無法及時發現，結果造成兩道承力索斷線[2]。

（2）某隧道出口處，因正值大風、雷雨時節，隧道口上部的樹藤枝條被大風吹落，剛好斜搭在承力索上，雨水順藤條下滑形成水流，水流持續接觸承力索，造成接地短路，致使承力索短路燒斷造成事故。

（3）這是一次電力機車沖過貨牽線無網區造成設備設施重大損失的特別案例。當時該區段屬于尚未完成工程，接觸網還未安裝懸掛。事故造成機車受電弓折斷報廢，接觸線發生重大變形，定位器被打脫的嚴重后果。事故的直接原因是該（貨牽線）無網區的設備上沒有懸掛接觸網終端警示標志。該案例看似簡單，但很具代表性，足以說明各種警示標志在鐵路供電系統中的重要程度。

2.2 接觸網定位環節弓網故障的原因分析

電力機車新技術新成果的廣泛應用，特別是先進的電力機車受電弓技術的不斷改進，造成弓網故障大多數原因都集中于接觸網特性參數和性能上。受環境溫度、風速和線路條件的影響，不穩定性顯而易見。弓網故障的產生原因如下。

（1）定位點拉出值過大，定位器坡度不合理，傾斜度太小，導致脫、碰、刮弓故障。通常此類缺陷是由于檢修調整不符合標準，確定調整拉出值偏差過大;或因風力較強和所處環境溫度變化太大，尤其在曲線跨中較為明顯。

（2）道岔區段刮弓、鉆弓故障。導線交叉處技術參數不達標、始觸點標高不符合標準、線岔限制管間隙過大等都是產生此類故障的原因。如線岔限制管一端線夾松脫，主線和邊線兩接觸線得不到限制，機車從邊線進入岔區時受電弓將邊線抬高，限制管也被同時頂起抬高，一端翹起。機車行走中受電弓導角擦傷主線接觸線，限制管和受電弓相碰，造成吊弦損壞，受電弓支架折斷。

2.3 接觸網設備

（1）吊弦及電連接造成的弓網損傷。主要是電氣連接的設置安裝個數或部位不合理，特別是在斜坡上，機車受電弓向接觸網吸取電流過大，造成吊弦過電流被燒斷;此外，電連接與承力索接觸不良，在夾具中發生了長期放電，并燒斷連接線。造成這種缺陷的主要原因是吊弦線卡、電連接線卡緊固螺栓長期處于振動狀態使線卡松脫。

（2）導線拉弧燒損燒斷故障。導線由于硬彎及硬點處產生長期拉弧放電，使局部磨耗燒損，進而造成接觸網斷線。接觸網施工技術規范要求：大站及編組站接觸網安裝導高6 450 mm，中間站與區間6 000 mm，隧道5 720～6 000 mm。但在接觸網檢查調整中，接觸導線高度往往在5 720～6 450 mm間交替過渡，尤其是在導高變化的過渡段部分，在較短距離范圍基本無法保證接觸線5%的變坡要求[3]。由于接觸導線高低頻繁變化，致使接觸懸掛彈性忽大忽小，在變坡不符合標準要求的局段產生拉弧現象，局部高溫電弧灼傷接觸線工作面，使接觸線工作面燒損氧化出現麻點，在機車高速通過其余受電弓時，又會產生更為嚴重的拉弧。若是機車受電弓出現隱性損傷帶病通過，極易產生弓網故障，同時也為今后接觸網運行埋下了故障隱患。

（3）接觸網元件材料材質不良造成的弓網故障。因元件材質不良造成連接、定位零件損壞、斷裂;直線段的定位線夾或“V”型吊線夾斷裂等，都能造成定位管或定位器脫落打擊受電弓，發生故障;曲線段導線由于其受水平分力作用，定位線夾橫向拉力載荷加大，線夾材質不良極有可能發生斷裂，從而造成脫及鉆弓故障。

2.4 線路及其他環節

（1）機車受電弓與其接地體放電故障。此類型故障通常發生在機車受電弓通過軌道邊樹木、滲漏水隧道內的水流柱、冰柱放電等，從而造成變電所跳閘。

（2）軌道及線路原因引起弓網故障。工務檢修中，起、撥調整軌道產生的導線拉出值參數變化，尤其是軌道曲線段外軌超高值變化段就會使接觸導線相對位置發生較大變化。從而引起受電弓脫弓、刮弓。

（3）中心錨結是將接觸線固定在錨段的中部，由于受環境溫度及風力等影響，導致錨結兩端的接觸線承受應力大小發生變化，致使中心錨結線夾長期處于順行方向的受力狀態，線夾松動，旋緊力不足，引起滑移。長期的累積效應，產生線夾一端錨結繩索松弛低于接觸線，引起刮擦弓網。

（4）自然災害引發的弓網故障。嚴重的自然災害也會嚴重破壞鐵路接觸網，例如大風、颶風等就極易造成弓網損壞。當風力的負載力矩超出定位管、定位器及接觸線反作用力矩時，就會造成弓網故障。

3 接觸網弓網故障防控的對策

3.1 提高接觸網工作人員的技術素質

為了有效提高鐵路供電系統運維管理和檢修質量，提升檢修、技術人員業務水平與素質，工段技術人員、運行管理人員應當系統了解和熟練掌握供電接觸網系統的關鍵部位、關鍵所在，把工作重點放在提高供電質量與減小弓網故障上，有效地提高檢修維護管理水平和隱患排查處理力度，以預防事故發生。首先，管理人員包括教育、安全、技術等專職人員要深入現場掌握一手資料，把握供電設備系統安全重點和要害部位，進行有針對性的技術業務指導[4]。少一些原則性的號召，多一些針對性的具體指導，把各種檢查考核重點轉移到設備關鍵部位的關鍵點上來。對規程的制定與修改一定要慎之又慎，對規程中的數據和規范要求必須認真研討其必要性、適用性、可行性，并要預先考慮如何去檢查、怎樣去執行。其次，實施過程中及時發現問題并及時修改完善。最后，突出供電設備內在質量的管控，這就有賴于技術實力的提升與科技的投入。例如，提出電氣接觸的標準，弓網受流的質量標準，碰撞的合理性標準，懸掛彈性、振動的標準，補償靈活性標準，設備重大缺陷的原則性標準等。總之，有的放矢地提升職工技術技能，不斷提升設備本身內在質量。對弓網事故的分析要堅持實事求是，對事故的處理要堅持“四不放過”。

3.2 深抓供電設備的檢測與檢修

加強關鍵部位、重點設備的巡視檢查與檢測管控，對牽引網重點設備與關鍵部位視情況增加巡檢車的檢查次數，縮短檢查周期時間。對檢測出的接觸網參數值超標、設備缺陷等問題及時調整更換。增強對各部螺栓、螺母、墊片等緊固件、連接件的平推檢查，對不能適應列車運行條件或已經損壞的老舊零部件進行更新改造。增加對接觸網分相分段絕緣器、三跨四跨、線岔等關鍵部位零部件巡視和檢測，及時調整、檢修或更換超標的零部件。檢修操作中，必須嚴格遵守相關規程要求和標準作業流程。如分相分段絕緣器，必須調整至適當合理范圍的負弛度，滿足相關規程要求值范圍，并且保證其平滑過渡，特別是對線岔起點處工支與工支、工支與非工支的抬高量測量更是如此。加強高污染區段接觸網的分段、分相與絕緣子的清洗維護，重點檢測受不良氣候條件影響的電氣元件，對絕緣子放電聲響較大的區段要適時加強監控檢查，以有效避免長期間歇性燒傷，造成斷線故障。

3.3 嚴防接觸網主導回路燒斷，確保通暢

接觸網主導回路，如股道電連接、供電線、網點等，必須符合相關規程與工藝規范要求。接觸網分相絕緣器、線岔、錨段、分段等電連接線必須牢固、可靠，不得缺失，以確保對電力機車的供電正常。按規定周期要求對各部位線夾等零部件進行檢查維護，按要求打磨氧化層，涂抹油脂和導電膏進行維護，并緊固安裝。對吸上線和接地裝置等進行定期檢查、維護，及時補裝或更換缺失、損壞的零部件。

3.4 消除電力機車絕緣不良對接觸網狀態產生的影響

避免因短路故障、電氣絕緣不良等缺陷引起的接觸網燒斷，正常運行中一旦出現此類問題，要及時查明原因，并立即向電調指揮中心及相關部門匯報。構建受電弓網情況通報與供電、機務部門之間的信息共享系統。同時，要加強受電弓組件進出庫前的完好狀態檢查控制，必須嚴格按控制流程和標準對每臺受電弓、弓網組進行入庫前質量檢查，并做好查驗記錄。對查出的缺陷或損壞必須進行修復或處理，不合格的不得出庫使用。堅決杜絕受電弓帶病上線運行。運行中受電弓如出現異常，應隨時降弓停用，并啟用備用弓，以避免事故進一步擴大，造成受電弓報廢。

3.5 加強部門間的數據共享與協調

加強電調指揮與供電、工務部門間的協調配合與信息溝通尤為重要。要按相關規程要求定期對接觸網與線路基本參數等界限值進行檢查測量與記錄，劃定“界限值”，并制定互控措施嚴格執行。在日常維護與檢修中，形成供電、工務雙方協調配合機制與制度，形成“工”“供”聯防聯控，消除了由于線路參數發生改變而造成接觸網參數變化引發弓網故障的隱患。只有在接觸網與受電弓接觸工作面與軌道線路兩鋼軌軌面平行，以及接觸網接觸線始終位于線路中心正上方或線路中心正上方允許偏移值范圍內，才能確保受電弓與接觸網的正常運行。在接觸網狀態不變的情況下，如若軌道線路基礎參數值發生超出規定值的變化，就可能引發弓網故障，造成事故。

3.6 加強重點部位設備的巡檢

加強對供電接觸網的日常巡視檢查，是消除弓網故障的有效方法。在日常檢查中可以通過細致觀察接觸網的運行狀態有效地發現接觸網設備安全狀況，如觀察吊弦、碗臂、接觸線、承力索、絕緣子、墜砣以及線路兩側有無危險樹杈樹枝等狀態。對巡視過程中發現的問題要應及時向工區及調度指揮中心匯報，對隨時可能影響接觸網設備運行或可能引發事故的情況要及時進行處理，消除隱患危機，降低或避免事故發生的概率。發現線路兩側有危險的樹枝樹杈等物，要及時砍伐清除。對隧道口附近與上部的樹藤枝蔓要及時去除，特別是在有雷雨天氣時，還要重點查看防洪區段情況，以避免高處的危石與泥土發生泥石流造成危害。

3.7 排除外界干擾因素與隱患

（1）加強對工地、貨場、公路站點及防護支柱的安全保護，以避免汽車碰撞支柱。在鐵路區段道口采取限高措施，對跨越鐵路的天橋上空，要有防護欄和高壓警示標志。各種安全防護警示標志，要安裝在顯眼易看部位，避免人為因素產生的各類隱患，引發弓網事故。

（2）對靠近接觸網線路的企業、工廠和有爆破山體等類似作業的施工應進行長期監控，或采取必要的安全措施，以避免飛石等造成人員傷亡或接觸網設備損壞。加強施工現場安全管理，主動配合施工，防止外來施工單位使用挖掘機等大型施工機具違章蠻干，碰斷接觸網造成事故。

（3）根據環境條件、氣溫變化等，對溫度變化敏感的設備要加強監控、調整。對已經處于臨界狀態的設備，要及時采取措施改善條件或暫停使用，預防弓網事故發生。

（4）加強對材料的檢測與監控，對不滿足規定要求的、未達到絕緣標準的以及機械強度性能不達標的設備零件，堅決杜絕在設備上安裝使用。

4 結語

從全世界范圍看，電力鐵路的發展已有百年歷史。它以其獨特的技術和經濟優勢發展壯大起來。目前，先進的接觸網懸掛類型、懸掛方式已經在電氣化鐵路建設中被廣泛采納和應用，但現有的連接懸掛方式仍然占居主導地位，如何有效防控弓網故障，仍然是一個長期的課題。在既有設備和人員的基礎上更進一步提高要求，加強設備技術更新改造與應用技術手段，將弓網故障盡量降低，應該說是完全可以做到的。

（責任編輯：侯辛鋒）

參考文獻：

[1]邵立，王國梁，白裔峰.高速鐵路接觸網防雷措施及建議[J].鐵道工程學報，2012（10）：81-83.

[2]吉鵬霄.接觸網[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3]張紅霞.電氣化鐵路接觸網故障分析及防范措施[J].動力與電氣工程，2012（15）：119.

[4]黃濤.淺析電氣化鐵路接觸網弓網故障及其防范措施[J].甘肅科技，2011，27（23）：70-72.