锚段关节式电分相引起接触网跳闸原因的分析

刘 翔 上海铁路局徐州供电段

上海铁路局管内西陇海线夹河寨--局界区段有3座牵引变电所、2座分区所和5组接触网关节式电分相设备。2006年西陇海线郑徐段进行电气化铁路改造后，全部采用七跨锚段关节式电分相(以下简称为关节式电分相)。由于关节式电分相可以减少接触网硬点，满足了列车提速的要求。然而，2006年电气化铁路开通以来，该区段改造后的关节式电分相多次出现了电力机车通过时发生接触网跳闸、烧伤现象，严重威胁着供电和行车安全。

1 事故概况

2010年3月26日，编组为2台SS4、4台SS1型机车组成的51082次列车，运行至上海局管内西陇海线200 km/h区段李庄至黄口区间时，因多台机车受电弓同时升弓运行，造成七跨式锚段关节分相182#支柱附近导线3处烧伤，188#支柱处导线及承力索烧伤，导致文庄变电所212、214#断路器同时跳闸。

2 锚段关节式接触网电分相简介

在分析原因之前，首先介绍一下锚段关节式电分相的技术特性。

2.1 接触网电分相的分类及技术特点

接触网电分相有两种，其一是利用锚段关节进行电分相，另一种是利用专门的电分相装置即电分相绝缘器进行电分相。电分相绝缘器只能用于电气上的绝缘，而锚段关节既可以实现电气分开，也可以实现机械方面的分开。从弓网关系分析，当机车运行速度超过120 km/h时，电分相绝缘器的各种技术参数已无法满足接触网安全运行的需要；而锚段关节式电分相完全可以满足时速200 km以上接触网系统的要求。我国电气化铁道接触网通常采用的锚段关节式电分相有七跨式、八跨式和九跨式3种。目前，上海铁路局管内西陇海线200 km/h区段接触网分相采用的空气间隙绝缘的锚段关节式接触网分相为七跨式。

2.2 七跨式锚段关节电分相的结构特点、原理及技术要求

如图1所示，分相锚段与既有锚段间采用相间空气绝缘的装配形式，从而达到分相的目的。即运行中的机车受电弓在A相取流，通过A相锚段的抬升，过渡到与之通过空气绝缘的中性锚段上；然后，再通过中性锚段的抬升，过渡到与中性锚段有空气绝缘的B相锚段上，从而实现电分相。

图1 七跨式锚段关节电分相结构平面示意图

锚段关节式电分相中性、无电区对机车受电弓取流的技术要求：当机车编组采用多弓运行时，七跨及其它锚段关节式的中性无电区与电力机车双弓间的距离有关，即：(1)若多弓用高压母线联接，应保证两最远端受电弓之间距离L小于电分相无电区的长度1（L＜L1），如图2所示；(2)若多弓之间无高压母线联接，应保证任意两个受电弓之间的距离L小于无电区长度L1（见图3），或者大于中性区的长度L2（见图4）。

图2 两最远端受电弓间距离小于无电区长度示意图

图3 任意两受电弓间距离小于无电区长度示意图

3 原因分析

图4 任意两受电弓间距离大于中性区长度示意图

通过对七跨式锚段关节电分相的结构特点、原理及技术要求的介绍，我们不难看出，可能引起接触网电分相烧损的原因有两个：

一是有电气联接的机车受电弓，若两弓间距离大于无电区长度1，如图5所示，接触网A相电流通过机车受电弓①流入机车，然后经过机车受电弓②流入接触网B相，造成接触网A、B相间高压短路，导致机车受电弓及接触网烧损。

二是无电气联接的重联机车任意两弓间距离小于中性区长度2。如图6所示，接触网A相电流通过机车受电弓①流入中性区锚段的接触网，然后经过机车受电弓②流入接触网B相，造成接触网A、B相间高压短路，导致机车受电弓及接触网烧损。

此次事故发生在51082次列车运行中，各机车均未升双弓运行，即受电弓间没有电气联接，初步可以判定后者是造成这起事故的原因。

图5 受电弓间距离大于无电区长度时弓网关系平面示意图

图6 受电弓间距离小于中性区长度时弓网关系平面示意图

此次事故列车编组为：SS40313（本务）+SS10624+SS40312+SS10618+SS10622+SS10573，6台机车中第1台到第6台机车受电弓最大长度为134.8 m，李庄至黄口区间电分相中性区长度L2为186.2 m，即L＜L 2，符合无电气联接的重联机车同时升弓造成电分相烧损的条件。此次接触网电分相烧损情况为182#支柱附近导线3处烧伤，188#支柱附件导线及承力索烧伤，182＃与188＃支柱间距离约为152 m，而第1台到第6台机车受电弓间距为134.8 m，且第1、6机车受电弓滑板有烧痕。因此可以得出结论：此次事故原因是由于第1台本务SS40313机车和第6台SS10573机车受电弓通过锚段电分相的中性区，将接触网A、B相短路造成。

4 采取的措施

上海铁路局管内西陇海线200 km/h区段运行的机型较为复杂，除上述 SS1、SS4型机车外，还有 SS3、SS3B、SS6、SS7型机车及CRH2型动车组等机型。为防止该区段内所有运用机车及动车组重联多弓运行通过分相造成接触网电分相烧损，在多机重联运行时应采取"有条件双弓通过"方式。具体措施如下：

(1)电力机车、动车组原则上升后弓运行（因故障或其他原因必须升前弓时除外）。

(2)电力机车重联运行通过锚段关节式分相时，除按规定断合主断路器外，运行中还应遵守以下要求：

①第三位及以后机车必须降弓通过；

②第一位机车升后弓运行，第二位如为12轴机车（如SS3B型固定重联机车），则第二位机车必须降弓或升前弓通过；

③第一位为6轴机车（如SS1机车）不得已升前弓运行时，第二位机车如为8轴以上车（如SS4、SS3B型固定重联机车），则第二位机车必须降弓或升前弓通过；

④第一位为8轴机车（如SS4型机车）不得已升前弓运行时，第二位机车必须降弓或升前弓通过；

⑤第一位为12轴机车（如SS3B型固定重联）不得已升前弓运行时，第二位机车必须降弓通过。

(3)动车组重联运行禁止采用"前车升前弓、后车升前弓"的运行方式。后车不得已必须升前弓时，后车司机必须通知前车司机换升前弓后方可执行。

(4)动车组途中故障由电力机车担当救援任务时，无论牵引或推进，通过锚段关节式分相时，动车组司机必须降弓通过。

(5)电力机车、动车组重联运行时，本务司机在开车前组织重联司机开好小组会，制定途中运行操纵、联系办法。

(6)机车乘务员严格执行"多机牵引与补机推进有关规定"（《机车操作规程》第三十四、三十五条）；同时可利用无线通信设备加强前、后机车联系，确保列车运行安全。

5 结束语

随着我国电气化铁路的快速发展，锚段关节式电分相以其硬点小的优点将在既有线提速和客运专线建设中大面积采用。而电力机车通过锚段关节式电分相时发生跳闸现象不仅会直接造成接触网烧伤断线，中断供电和运输，而且频繁的近端短路，数千安的大电流冲击，也直接威胁牵引变电所主变压器的安全运行。该现象原因复杂，牵涉电力机车和牵引供电两个专业，建议引起有关单位的高度重视，加强理论研究和现场调查研究，尽快解决这一技术难题，为我国电气化铁路的提速和建设提供技术支持。