接触网中心锚结缺失引发二次故障分析及建议

刘让雄



接触网中心锚结缺失引发二次故障分析及建议

刘让雄

针对中心锚结缺失引发二次故障，分析了中心锚结的功能，提出了处理中心锚结故障时应首先恢复其防窜功能，同时应防范曲线区段腕臂偏转与长大坡道上的重力分力对接触网窜动的影响；对既有接触网改造提出及时安装中心锚结建议，防止中心锚结缺失危及接触网运行安全。

接触网；防断式中心锚结；防窜式中心锚结；张力差

0 引言

中心锚结是接触网的重要设施之一，分为防断式中心锚结与防窜式中心锚结2种。中心锚结具有缩小接触网事故范围，防止接触网锚段在气温变化等因素作用下发生整体窜动的功能，对保持接触悬挂的正常状态与保证接触网安全运行具有重要作用。中心锚结一旦损坏且未能及时恢复，极易引发接触网二次故障。下文针对该类案例进行分析。

1 第1次故障概况

某日凌晨1：32，沪昆铁路某区间下行接触网发生了一起弓网故障，运行中的机车受电弓损坏，接触线中心锚结绳被拉脱，接触线被刮伤，部分吊弦损坏，东侧的承力索中心锚结辅助绳损坏并侵入机车车辆限界，接触网停电，中断下行线路行车。第1次故障点在供电臂中的位置如图1中所示。

接触网工区对该故障进行抢修处理，更换已损坏的吊弦，对刮伤的接触线进行整治，机车司机处理受损的受电弓并换前弓运行。由于承力索中心锚结辅助绳不是常用的接触网抢修材料，抢修时无法得到及时更换，为缩短行车中断时间，抢修人员仅将损坏且侵限的承力索中心锚结辅助绳剪除后（计划第2天“天窗”时间再行恢复），接触网送电，开通线路，恢复下行线行车。

2 第2次故障及原因

2.1 第2次故障概况

上述故障经抢修并恢复送电10 h后，即次日中午，行车调度员接到下行线机车司机报告，机车进入第1次故障锚段后接触网无电，无电区如图1中所示。

由图1可知，接触网为部分停电，说明牵引变电所相应的馈电线并未跳闸，故障范围仅限于接触网。供电调度员指派接触网工区人员前往故障锚段，从东往西（从电源侧往供电臂末端）排查故障，发现故障锚段东侧四跨绝缘锚段关节处隔离开关西侧的支柱绝缘子向西倾斜，隔离开关2触头严重错位并烧损，造成接触网主导电回路在该锚段关节处断开（图1中的3#支柱位置），且接触网整体往西侧窜移，锚段西侧的下锚柱补偿坠砣严重下移。因此必须进行接触网第2次抢修，先拆除3#支柱隔离开关引线，用电连接线将该绝缘锚段关节电气联通，同时采取临时措施，将该锚段西侧下锚柱的承力索与接触线坠砣抬高至适当位置，用多股φ4.0铁线临时拉住坠砣杆，防止其继续下移，调整接触网并恢复供电。

图1 接触网2次故障停电示意图

2.2 引发第2次故障的原因

该故障锚段处于东高西低的长大坡道上，线路坡度达11‰。第1次故障处理后，由于中心锚结尚未恢复，抢修人员又未及时采取防止接触网整体窜移的措施，接触网在气温升高、自身重力沿平行线路的分力以及机车受电弓抬升力等因素的综合作用下，锚段整体向西侧（下坡方向）窜移，承力索的窜移使3#支柱处隔离开关西侧引线拉紧。随着锚段的移动，隔离开关西侧支柱逐渐倾斜，隔离开关主刀闸发生错位导致接触不良，机车取流时形成强烈电弧，逐渐烧损刀闸触头，并随着滑移的增加，最终导致两刀闸触头断开，造成该锚段关节至供电臂未端供电中断，继而引发第2次故障。

3 中心锚结缺失的防范措施

3.1 中心锚结的类型与功能

两端装有补偿器的接触网锚段需安装中心锚结，对于区间以及车站正线接触网，一般采用防断式中心锚结；对车站侧线接触网，则采用防窜式中心锚结，条件具备时也可采用防断式中心锚结。

防断式中心锚结主要有2大功能，一是在接触网发生事故时，可缩小事故的影响范围；二是接触网在气温变化等因素作用下，锚段两端的补偿器可保持中心锚结两侧线索张力恒定，防止接触网锚段整体向一端窜移，保证接触线处于良好的工作状态。防窜式中心锚结则只有上述第2个功能。中心锚结对保证接触网的安全运行具有重要作用，因此，当中心锚结发生故障时需尽快修复，若无法尽快修复，则需采取相应的临时补救措施，防止中心锚结缺失引发二次故障。

3.2 防断式中心锚结缺失可临时改为防窜式

防断式中心锚结结构相对比较复杂，一般有两跨式或三跨式等形式，分别安装了承力索与接触线中心锚结辅助绳，且对承力索中心锚结辅助绳两端进行了下锚，故能承受接触网断线故障时的张力，将接触网故障限制在半个锚段范围内，同时又可防止接触网整体窜移。

防断式中心锚结一旦发生故障，修复工作量相对较大。如因现场条件受限而一时无法修复时，为缩短故障处理时间，可暂缓恢复其防断功能，而采取其他相应措施。简便易行的办法就是对中心锚结所在支柱处的承力索加装钢绞线或钢丝绳进行固定，临时将其改造为防窜式中心锚结，恢复其防窜功能，从而避免因缺失中心锚结可能引发的接触网锚段整体窜移，消除接触网运行的安全隐患。

3.3 中心锚结故障处理其他注意事项

中心锚结在接触网锚段中的具体设置位置主要取决于线路条件，需通过计算确定中心锚结的合理位置，使其两侧锚段产生的张力基本相等。由于轨道线路分为直线、曲线，并存在坡道变化，在一个锚段内，中心锚结两侧线路的曲线长度、曲线半径以及坡度可能不尽相同。另外，在曲线区段，接触网支柱既可能安装在曲线外侧，也可能安装在曲线内侧，这些因素均可引起接触网线索的张力差及线索的窜移。当防断式中心锚结损坏暂时缺失时，除了将其临时改造成防窜式中心锚结外，还要考虑故障锚段所在线路情况并采取相应的辅助措施。

3.3.1 曲线区段腕臂偏转对接触网状态的影响

在曲线区段接触网支柱悬挂点或定位点处，线索因方向改变而产生向曲线内侧的水平分力R。以既有普速铁路接触网为例，接触悬挂张力一般为：承力索张力c= 15 kN，接触线张力j= 10 kN。以曲线半径为500 m，跨距为50 m计算，则

气温变化时，曲线区段接触网的平腕臂与定位器均会随线索的移动而发生偏转，因定位器主要承受拉力，该偏转对其自由转动的影响相对较小。本文重点讨论曲线内侧安装的承力索引起平腕臂偏转的影响，如图2所示。当平腕臂由点偏转移动至点时，承力索将产生一个张力差Dcw。

图2 平腕臂旋转与受力示意图

例1：以沪昆铁路湖南段接触网为例，采用全补偿链形悬挂TJ-95+TCG-110，线胀系数为17×10-6m/℃，max= 40℃，min= -10℃，d= 15℃，承力索额定张力c= 15 kN，曲线平均跨距= 50 m，半个锚段长度= 750 m，曲线半径= 500 m，平腕臂长度（平腕臂底座至承力索座的距离）为3.5 m，在最高温度时，锚段关节处的承力索因为平腕臂偏转产生的张力差Dcw为

= 0.988 kN

当接触网支柱位于曲线内侧且腕臂无偏转时，悬挂点两侧的线索张力差很小，承力索的曲线分力R对腕臂构成一个正向压力。而当腕臂发生偏转，腕臂悬挂点两侧的线索张力cn、cn+1不相等，二者产生了近1 kN的张力差，同时悬挂点两侧线索与腕臂间的夹角也不再相等，cn与cn+1的合力与腕臂形成一定的角度，对腕臂产生一个正向压力的同时还将产生一个扭矩。这将增加腕臂自由转动的阻力，在气温降低时，接触网难以顺利回到其原始位置，从而易引起接触网状态的改变而可能引发弓网故障。

因此，在处理防断式中心锚结故障时，需先检查接触悬挂因中心锚结故障产生的位移，将其恢复至正常位置，再安装临时的防窜式中心锚结。

3.3.2 重力分力对坡道上的接触网窜动的影响

当整个接触网锚段或锚段的大部分位于坡道上时，接触网线索与补偿坠砣自身重力将产生一个平行于线路的分力。如线路坡度为11‰，承力索单位重量c= 0.833 kg/m，接触线单位重量j= 0.993 kg/m，其他参数与例1相同时，接触悬挂重量与补偿器坠砣重量（需考虑补偿装置的传动比，相当于线索张力）所产生的分力之和为

= [(c+j)××10 +c+j]×

sin(arctan0.011) = 0.426 kN

该分力指向下坡方向，将增大线索由中心锚结往下坡一侧补偿器间的窜动力。当接触网锚段处于长大坡道，其中心锚结的防断功能一旦缺失，临时将其改造成防窜式中心锚结时，还应充分考虑坡道影响引起临时安装的防窜中心锚结往下坡侧偏移的可能。因此，还需对位于下坡一侧的补偿器采取相应的限位措施，如采用钢丝绳或铁线将补偿器坠砣临时固定。该措施不会引起线索在气温降低时往中心锚结方向移动，却可防止气温升高时坠砣在温差应力与坡道的重力分力等作用下下移过多，防止对接触网的安全构成威胁。

3.4 既有接触网改造时应及时安装中心锚结

某单线电气化铁路车站改造为复线车站，原有一股道（侧线）改造为正线，遂重新架设全补偿下锚接触网。该车站股道一端为直线，另一端为曲线，曲线区段接触网支柱为曲线内侧安装。施工人员在完成接触悬挂安装调整后，当时并未安装中心锚结（设计为防断式），送电通车后仍未尽快安装，供电段的施工配合人员也未督促及时补装中心锚结，造成数日内该股道接触网中心锚结缺失，气温升高后该接触网锚段整体向曲线一端窜移，气温降低时，接触网无法自动返回，造成曲线一端接触网非绝缘锚段关节的非支定位管等参数发生变化，抬高不足，连续发生数起打弓故障。因此，既有接触网改造需严格按照设计要求及时安装中心锚结。

3.5 确保中心锚结的“防窜”功能不缺失

对中心锚结来说，“防窜”功能比“防断”功能的应用更为广泛。“防断”功能只有防断式中心锚结才具备，而且只有当接触网发生故障时才起“防断”作用，以减少故障对中心锚结另一侧接触网的影响；“防窜”功能则是防断式与防窜式中心锚结均具备的，可随时消除气温变化等因素对接触网状态的影响，保证接触网良好的工作状态。因此，“防窜”功能才是中心锚结的基本功能，对两端设有补偿器的接触网来说，该功能是确保接触悬挂状态良好与安全运行的重要基础。

4 结语

综上所述，抢修人员在处理第1次故障时，即使未准备承力索中心锚结辅助绳，但仍可通过截取一小段已拆除的辅助绳，并通过钢线卡子或固定线夹等对中心锚结处的承力索进行固定，将其临时改造成防窜式中心锚结，同时对位于下坡一端的补偿器采取绑扎限位措施，即可完全避免第2次故障的发生，该处理措施简单易行，可避免因中心锚结缺失而可能危及接触网的运行安全。

相比于其他供电线路，接触网独特之处是通过与机车受电弓的滑行接触实现给高速移动中的机车供电，保证弓网高速滑行接触的安全是实现接触网可靠供电的基本前提。该特点对接触网的机械性能与几何参数都提出了很高的要求。接触网本身又易受到机车受电弓的高速摩擦冲击及气温变化等诸多因素的影响，使得接触网的故障率明显高于其他线路设备。因此，从事接触网运行、检修与施工的人员，在学习掌握接触网静态标准的同时，需不断提高对接触网动态变化规律的认识，这对完善接触网的安全防范措施至关重要。

[1] TB10009-2016 铁路电力牵引供电设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2016.

[2] 董昭德，李岚. 接触网工程与设计[M]. 北京：科学出版社，2014.

[3] 接触网运行检修规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2009.

For triggering of second time faults due to loss of mid-point anchor, the paper analyzes functions of mid-point anchor, puts forward a principle that the play-resistant function of mid-point anchor shall be restored firstly when mid-point anchor faults are being disposed, at the same time, protection measures shall be taken to prevent the play-resistant function for overhead contact system from being affected by deflection of cantilever at curve section and weight component generated by the long and steep slope track; proposals on timely installation of mid-point anchor for reconstruction of overhead contact system are put forward so as to guarantee that the overhead contact system operation will not be endangered by the loss of mid-point anchor.

Overhead contact system; breakage-proofing mid-point anchor; play-resistant mid-point anchor; difference of tensions

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.05.012

U226.8+1

B

1007-936X(2017)05-0053-04

刘让雄.广州铁路职业技术学院，高级工程师。研究方向：牵引供电系统运营管理与铁道供电专业高职教育。

轨道交通关键装备智能检测与检修创新学术团队（穗科1201610026）。

2017-01-21