株洲枢纽绝缘锚段关节内断线原因分析及对策

李国平

1 绝缘锚段关节处接触网线索断线情况

自2006年以来，株洲枢纽西机走线绝缘锚段关节中心柱103#支柱附近承力索烧断2次、接触线烧断3次，严重影响供电、行车安全。从这5次断线故障中，列举2件典型故障如下。

（1）2009年10月23日11：06，因SS6B6007号电力机车违章停在“禁停”区域，即停在株洲枢纽西机走线绝缘锚段关节内 103#中心柱与 104#转换柱间，烧断接触线，致使株北变电所219断路器及株北开闭所294断路器跳闸，重合闸均不成功。抢修人员于 11：40—11：53对接触线进行了临时恢复处理，11：55恢复供电。

（2）2010年3月28日14：30，株洲枢纽Ⅶ场与Ⅲ场间西机走线绝缘锚段关节内 103#与 104#支柱间承力索断线，承力索断头未接触地面，变电所未跳闸，抢修人员封锁西机走线，禁止机车通过。18：12—20：12，抢修人员对故障点的接触网设备进行抢修处理，处理后恢复正常供电、行车。

株洲枢纽西机走线位于株北Ⅶ场（交换场）与株北Ⅲ场（下行出发场）之间，Ⅶ场的D702调车信号机与Ⅲ场D105调车信号机的距离为369.1 m，绝缘锚段关节位于D702信号机与D105调车信号机之间的101#—105#支柱，其中101#锚柱与D702调车信号机的距离为 234.7 m，105#锚柱与 D105信号机的距离仅8.7 m，绝缘锚段关节具体位置见图1。

图1 绝缘锚段关节位置示意图（单位：m）

2 绝缘锚段关节位置不利因素分析

西机走线绝缘锚段关节位置的不利因素有：

（1）绝缘锚段关节的一支接触悬挂（Ⅶ场锚段）由株北开闭所294馈线供电，另一支接触悬挂（Ⅲ场锚段）由株北变电所219馈线供电。294馈线、219馈线均由株北变电所β相供电，294馈线的供电范围包括株洲机务段、株北Ⅶ场（交换场），219馈线的供电范围为III场（下行出发场），2条馈线的上网点与绝缘锚段关节间的距离不同，即上网点到绝缘锚段关节间的电位差不同；机务段、交换场、出发场的电力机车的运行时段、电力机车运行密度均不相同，众多因素造成绝缘锚段关节处2支接触悬挂间存在较大电位差，机车通过时拉弧烧伤承力索、接触线。

（2）绝缘锚段关节两端设置调车信号机，其中D105信号机距离105#支柱只有8.7 m，电力机车从Ⅶ场进入Ⅲ场时，经常需要在西机走线 100#—101#支柱间停车等待调车信号，待调车信号开放后，电力机车启动并马上驶入绝缘锚段关节内，机车通过绝缘锚段关节时的运行速度很慢，必然造成强烈拉弧，烧伤承力索、接触线。

（3）D105调车信号机设置距离绝缘锚段关节较近，电力机车需要从Ⅶ场进入Ⅲ场时，机车司机容易将电力机车错误停在绝缘锚段关节内，烧断接触线。

3 线索烧损断线原因分析

对2次断线原因的分析：

（1）接触线断线原因分析。从接触线断头来看，接触线断头处为圆锥状，且有明显的烧伤痕迹。断线的原因是SS6B6007号电力机车司机违反操作规定，将电力机车停在“禁停”区域内，即停在株洲枢纽西机走线103#中心柱与104#转换柱间，因电力机车受电弓与接触网工作支接触良好，但与非工作支（株北变电所219馈线供电）接触不良，两者间有电压差，从而导致受电弓与非工作支接触线间放电、拉弧，长时间放电、拉弧使非工作支接触线局部温度升高、软化，在接触线补偿张力的作用下，接触线拉断、接地，造成接触线断线故障；株北变电所219断路器及株北开闭所294断路器跳闸，重合闸均不成功。

（2）铜承力索断线原因分析：现场承力索为铜质承力索（承力索型号为TJ-127，共19股），外层12股绞线均为烧断痕迹，且断口附近有较多的烧伤痕迹，大部分为旧痕；断头内层7股绞线为拉断痕迹。从上述现象分析，由于101#—105#支柱间四跨绝缘锚段关节作为Ⅶ场与Ⅲ场之间的电分段用途，当电力机车运行到转换柱至中心柱间时，机车受电弓取流要从锚段关节一支接触线过渡到另一支接触线，由于2支接触线分别由Ⅶ场、Ⅲ场供电，两线间存在电压差，过渡过程中受电弓继续取流，导致产生电弧，烧伤接触线，同时电弧往上窜烧伤承力索，当机车运行车速缓慢时，产生的电弧更严重，持续时间更长。长期的电弧烧伤、烧损积累，从而导致承力索外层12股烧断，在承力索张力作用下，内层7股绞线被拉断，最终造成断线故障。

4 采取的对策

综合以上分析，提出如下2种解决方案。

（1）方案 1，将绝缘锚段关节北移。将四跨绝缘锚段关节向Ⅶ场方向移动4个跨距计121.7 m，即由101#—105#支柱间向北移至97#—101#支柱间，拉大绝缘锚段关节与Ⅲ场调车信号机 D105的距离，同时也使绝缘锚段关节与Ⅶ场D702信号机保持足够的距离，移动后绝缘锚段关节距Ⅲ场调车信号机（D105）134.4 m，距Ⅶ场调车信号机（D702）113.0 m；改造后可以满足电力机车通过绝缘锚段关节后在D105、D702信号机前方（101#—105#或97#—101#支柱间）等待信号开放，杜绝电力机车在绝缘锚段关节附近启动后立即进入绝缘锚段关节，以缓慢的速度经过绝缘锚段关节造成强烈拉弧，导致承力索、接触线发生烧伤现象。

改造后两锚段分别为1 859.7，1 844.3 m，满足《铁路电力牵引供电设计规范》要求。

图2为改造后接触网设备布置情况示意图。

（2）方案 2，将绝缘锚段关节改为分相绝缘器元件。考虑到西机走线绝缘锚段关节存在较大电位差，电力机车通过时拉弧烧伤、烧断承力索或接触线，将原绝缘锚段关节改造为非绝缘锚段关节，然后在西机走线调车信号机D702、D105间中心点附近的99#支柱两侧设立2组分相绝缘器元件，将219馈线与294馈线2条供电臂的电源分开。分相绝缘器属运用时间较长，有成熟运营经验的设备，能够很好地解决电位差较大引起的拉弧等问题。

图2 方案1改造后示意图（单位：m）

改造后分相元件及“断”、“合”标的设置。如果按《铁路技术管理规程》的规定设置正反向“断”、“合”标，则电力机车断电惰行的距离最少为90 m，因此，在进行断电操作时，电力机车应保持一定的速度，才能保证其能顺利通过分相无电区。由于西机走线位置条件制约，不宜设置电力机车自动过分相装置，只能采取手动操作过分相，在操作上对司机的要求较高，再加上和谐型电力机车惰行性能差，容易造成电力机车停在分相无电区内。为解决该问题，经供电段与机务段协商、研究，对分相绝缘器元件的安装及“断”、“合”标的设置进行改进：

①分相绝缘器元件由3个改为2个，无电区由30 m改为10 m。

②“断”标与第1个分相绝缘器元件的距离由30 m缩短至10 m，并在距“断”标10 m处增设电力机车断开主断路器的预告标志牌“前方10 m断主断”，在距第2个分相绝缘器10 m处设置“合”标。反向行车按照该标准在行车方向左侧另行设置1套预告、“断”、“合”标志牌。

“断”、“合”标距离 D702、D105 分别为 159.1，180 m，电力机车断电惰行的距离从90 m缩短至30 m左右，降低了机车司机的操作难度，可以有效地防止电力机车停在分相无电区内。

改造后，接触网设备布置及预告、“断”、“合”标志牌设置位置情况见图3。

图3 改造后方案2示意图（单位：m）

2种方案的优缺点比较：

（1）方案1优点。绝缘锚段关节往北移后，电力机车可以通过绝缘锚段关节后在D105、D702调车信号机前等待信号开放，避免电力机车在绝缘锚段关节附近停车，启动后以缓慢的速度通过绝缘锚段关节造成拉弧严重的现象，减少了对接触线和承力索的损伤程度；与方案2相比，采用方案1后，电力机车在西机走线上运行时，司机不需要进行电力机车主断路器的断、合操作，司机操作工作量小。

（2）方案1缺点。绝缘锚段关节仅是位置北移，绝缘锚段关节仍然存在，即锚段关节间电位差存在，电力机车通过绝缘锚段关节时拉弧、放电现象仍不能消除；绝缘锚段关节北移需重新设置1个新的锚段关节，需重新立2根锚柱，锚柱下锚拉线位置受地形限制，设置困难，且改造工程量大，投资较多。

（3）方案2优点。采用分相绝缘器元件后，绝缘锚段关节改造非绝缘锚段关节，从根本上消除了电力机车通过锚段关节时的拉弧、放电现象，且对分相绝缘器元件的维护、保养，设备管理单位有较丰富的经验；与方案1相比，采用分相绝缘器元件不受地形条件限制，且改造工程量小、施工工艺简单、投资少，改造方案易于实现。

（4）方案2缺点。在西机走线设置分相绝缘器，电力机车在通过分相绝缘器时，司机需进行主断路器的断、合操作，断电通过分相绝缘器后，需在D105、D702调车信号机前停车等待信号开放，增加了司机操作的工作量。

综合考虑2种方案的优缺点，推选方案2。

5 结束语

作为供电分段用的绝缘锚段关节，由于关节内的2支接触悬挂由不同的馈线供电，悬挂间必然存在电位差，电力机车通过时会有拉弧、放电现象，烧伤关节内的承力索、接触线。在不能进行技术改造的条件下，电力机车在通过该绝缘锚段关节时应保持一定的速度，减少拉弧、放电对承力索、接触线的伤害；在检修养护方面，检修人员要定期对锚段关节两转换柱间承力索、接触线烧伤情况进行检查，对烧损严重的线索进行局部补强或更换，防止发生断线故障；为防止电弧烧伤承力索，可在承力索上缠绕保护条。