劉朝暉

關于轉巴區(qū)間隧道吊弦燒損分析

劉朝暉

介紹了轉巴區(qū)間隧道內吊弦燒損調查結果，根據吊弦燒損的實際情況從電氣性能和力學性能2個方面展開分析，并重點分析了接觸網非主導電回路，同時針對問題提出了整改措施。

主導電回路；電腐蝕；接觸電阻；電連接；可調整體吊弦

0 引言

在現(xiàn)場進行接觸網檢修時，經常會遇到接觸網零配件燒損，配件的燒損會對接觸網的動態(tài)運行造成安全隱患，將給人員和設備帶來重大損失。重載鐵路發(fā)展帶來的大運量、大牽引電流鐵路運輸，要求設備運行狀態(tài)穩(wěn)定，因此接觸網零配件的燒損對重載鐵路有著很重要的研究價值。

本文重點分析吊弦燒損現(xiàn)象，主要原因是接觸網主導電回路不暢產生的局部回路電流，進一步加大了對接觸網零配件的電腐蝕，再加上電力機車受電弓對接觸網沖擊力和機械振動，導致整體接觸網架空線路張力發(fā)生很大的變化，可能造成接觸網零配件松動和配件各方向受力不平衡，進一步破壞配件的受力狀態(tài)，最終導致接觸網吊弦燒損。

1 現(xiàn)場調查及分析

轉巴區(qū)間上行隧道內發(fā)現(xiàn)可調整體吊弦心形環(huán)燒損并且有明顯的電腐蝕現(xiàn)象，共計15處，吊弦損傷處多為定位點兩側第1根吊弦。隧道參數如下：隧道長1 308.5 m；設計導高5 750 mm，實際導高約5 730 mm；設計橫向電連接9組，既有橫向電連接12組（工區(qū)加裝1組），設計2組錨段關節(jié)電連接，既有2組錨段關節(jié)電連接。

（1）根據對現(xiàn)場吊弦松弛程度的檢查發(fā)現(xiàn)，燒損的可調整體吊弦受力較好，基本排除因吊弦松弛不受力造成吊弦長期虛接進而引發(fā)吊弦鉸接部位放電燒損的可能。

（2）根據軌道車動態(tài)監(jiān)測和現(xiàn)場靜態(tài)測量的數據分析結果來看，轉龍灣至巴圖塔上行隧道內的接觸網導高基本在5 730 mm左右，沒有出現(xiàn)導高變化過大的現(xiàn)象，產生拉弧的可能性較小。

（3）從吊弦燒損的位置來分析，燒損位置均在吊弦的心形環(huán)（鉸接部位）處；大多是在定位器的兩側的第1根吊弦處，且燒損較為嚴重。

（4）經排查和比對發(fā)現(xiàn)：a.隧道內吊弦有的沒有上部導流環(huán)，有的沒有下部導流環(huán)；b.吊弦上部的心形環(huán)是鋼材質，吊弦線為銅材質，不是同一材質。c.燒損的吊弦鉸接部位均為沒有導流環(huán)的鉸接部位。

從吊弦電腐蝕比較嚴重的調查結果可以得出：通過吊弦和承力索的電流比較小，但存在局部的導電回路問題，由于該現(xiàn)象長期存在所以對吊弦的心形環(huán)電腐蝕比較嚴重，致使吊弦的心形環(huán)出現(xiàn)明顯的“卡脖子”現(xiàn)象，如圖1所示。

轉巴區(qū)間接觸線比隧道中接觸線導高約高170 mm，當電力機車受電弓滑過接觸線時，會對接觸線形成較大抬升作用，而且接觸線有可能形成正馳度；又因為快速行駛的電力機車受電弓將會對接觸網形成一定的沖擊力，進而帶動接觸網的接觸懸掛發(fā)生不規(guī)則的機械振動，在此瞬間吊弦心形環(huán)做上下運動，會進一步破壞心形環(huán)正常的受力狀態(tài)，進而形成惡性循環(huán)。

圖1 現(xiàn)場吊弦心形環(huán)損傷例圖

2 非主導電回路分析

接觸網的主導電回路是指牽引電流從牽引變電所流出經過饋電線到接觸網、電力機車，通過鋼軌或者回流線流回牽引變電所，形成2條主導電回路，如圖2所示。

圖2 主導電回路示意圖

圖2中虛線為主導電回路。主導電回路主要包括接觸線、隔離開關、電連接、饋電線、鋼軌、供電線、回流線等，這是經過長期運行試驗而得出的結論。吊弦和承力索的作用是將接觸線懸掛起來，并且通過調整接觸線的弛度來改善受流質量；當承力索中的電流大于牽引電流的10%時，即可認定為主導電回路出現(xiàn)分流，即在接觸網上形成局部的回路電流（非主導電回路）。通常認為承力索和接觸線之間、定位器和定位環(huán)之間、上下部固定繩之間等為非主導電回路。

在缺少吊弦上下部導電環(huán)的情況下，發(fā)生非主導電回路的原因主要有3個：其一，吊弦的心形環(huán)隨著導線的波動而進行不規(guī)則的運動時，心形環(huán)不斷地與吊弦線夾碰撞，通過吊弦的電流處于不斷地斷開和閉合狀態(tài)。其二，由于電力機車受電弓從導高6 000 mm處滑向5 730 mm處，受電弓和接觸線產生更大的摩擦力，同時對接觸網的接觸懸掛形成較為明顯的抬升趨勢，使得心形環(huán)和吊弦線夾之間發(fā)生強烈的撞擊和拉伸力，對配件的完整性有一定的影響，從而導致心形環(huán)和吊弦線夾接觸不緊密，形成一定的接觸電阻。其三，心形環(huán)表面形成一定的化學腐蝕，導致配件的導電能力下降。

基于以上分析，隨著某個零配件導電能力的下降，電阻變大，產生一定的電壓差，最終形成了局部導電回路。接觸電阻增大，零配件的局部溫度增大會進一步促進電氣設備氧化，導致加熱加速，形成惡性循環(huán)。當電氣設備的配件和發(fā)熱線索的抗拉強度降低，將會對接觸網設備零部件造成進一步的傷害。接觸網的設備配件總是處在露天的情況下，設備要經歷電的熱效應和化學腐蝕的考驗。

根據現(xiàn)場調查結果可以看出，主要存在2個問題，第一，吊弦缺少導流環(huán)，致使牽引電流流通不暢，該處就變成牽引網中時斷時閉的結點，為吊弦心形環(huán)電氧化創(chuàng)造了條件，隨著接觸網接觸懸掛不斷波動，心形環(huán)受到拉伸力和剪切力的共同作用，進一步加大了對心形環(huán)的損傷。第二，導流環(huán)和吊弦導線是不同材質制成，盡管心形環(huán)采用鋼材質可以抵抗更大的拉伸力，但不同材質的材料導電能力并不相同，使得導電回路不暢通。

定位點處兩側第 1根吊弦受到的合力是最大的，同時靠牽引變電所近的一側吊弦所通過的電流也較大[1]，因此，定位點處兩側吊弦會更容易受到電氧化的影響，形成局部導電回路，導致主導電回路不暢，燒損吊弦。

3 整改措施分析

針對發(fā)生的吊弦燒損現(xiàn)象，結合現(xiàn)場經驗分析提出以下措施：

（1）更換可調整體吊弦。在隧道中更換可調整體吊弦受到空間的限制，可以將吊弦的導流環(huán)做小一點，保證可調整體吊弦上下部都有導流環(huán)，使可調整體吊弦導流通暢。

若采用整體吊弦，可以提高導電能力，相對可調整體吊弦不受空間的限制，但是吊弦的彈性不好，可能會形成硬點，也不利于整體接觸懸掛的張力平衡；為了解決接觸懸掛張力不平衡可以采用1∶3的補償裝置，以平衡整體的接觸網張力，但效果不是很好。

若采用絕緣吊弦會增大接觸線的電流負荷。在隧道外發(fā)生雷電等惡劣天氣或者出現(xiàn)較大的負荷等情況時，會加大整體接觸網上絕緣設備的耐壓水平，不利于接觸網正常運行，且經濟成本較大。

（2）對于明顯的供電薄弱部分，應合理地加大橫向電連接的橫截面積和電連接數量，但不可以隨意加裝，避免形成更加復雜的接觸懸掛結構，同時也增大了安全隱患發(fā)生的可能性和檢修工作量。電連接的內部燒損是很難發(fā)現(xiàn)的，要定期組織巡視人員重點巡視，在天窗檢修時，對電連接線夾松動的螺栓按標準化作業(yè)要求緊固，并且清理線夾內的污垢，打磨線夾和給導線涂導電膏，保證導電通暢。

（3）疏理接觸網主導電回路，加大對吸上線檢查，重點檢查吸上線連接到扼流變壓器中性點處螺栓是否緊固；上網點的檢查，主要看試溫片顏色的變化及其線夾狀態(tài)、接觸線的磨耗程度、接觸線是否有扭面、在定位點處是否有硬點等；載流承力索的電流要受到通過吊弦線索電流總量的限制，因此不能采用較大橫截面積的銅吊弦，在檢修時應注意觀察銅承力索絞線斷股狀態(tài)。

（4）檢查隔離開關引線是否接錯，造成接觸網零配件燒損；隔離開關引線與接觸網設備線夾是否連接牢靠。

（5）檢查接地線夾和測量接地電阻，當發(fā)生短路故障且短路電流不足以引發(fā)饋線開關跳閘時，短路電流通過較大的接地電阻降低電流大小，可能會將支柱燒毀或者接觸網其他供電設備燒損，在隧道中，可能會造成埋入桿件燒損，形成大面積停電。

4 結語

針對吊弦出現(xiàn)大面積電腐蝕現(xiàn)象，找到了分析吊弦的線索，通過對接觸網主導電回路和非主導電回路的分析，得出該分析過程要將電氣和力學影響進行綜合考慮，最終找出比較可行的解決方案。

[1] 鐵道部電化工程局電氣化勘探測設計處.電氣化鐵道設計手冊接觸網[M]. 北京：中國鐵道出版社，1988.

[2] 張萬里.接觸網工技術問答850題[M]. 北京：中國鐵道出版社，2013.

[3] 史國強.電氣化鐵路接觸網主導電回路燒傷問題的探討[J]. 上海鐵道科技，2008，（2）：28-29.

[4] 李傳軍.電氣化鐵路接觸網電氣燒傷事故的研究[J]. 技術與市場，2011，（6）：132.

[5] 劉宇紅.牽引供電系統(tǒng)中接觸網主導電回路不暢引起的事故種類、形成原因和預防措施[J]. 內蒙古煤碳經濟，2014，（01）：128-129.

Introduces investigation results of burning out of droppers inside of tunnel at Zhuan-Ba section, starts analyzing the actual situations of burning out of droppers based on two aspects of electrical performance and mechanical property, analyzes in emphasis non-main conducting circuit of overhead contact system, puts forward the rectifying measures for the occurred problems.

Main conducting circuit; electric corrosion; contact resistance; electric connection; adjustable integral droppers

U225.4+8

：B

：1007-936X(2015)04-0011-03

2015-02-03

劉朝暉.神華包神鐵路有限責任公司，工程師，電話：15949401617。