四跨非绝缘锚段关节的缺陷分析和应对措施

李 瑞

(中铁电气化局，天津 300380)

1 系统简介

牵引供电系统主要包括牵引变电系统、变配电系统和接触网系统三部分。牵引变电系统主要起着电压的变换、电能的运输和分配的作用，变配电系统主要起着为牵引供电正常运行的各关键设备供电的作用，接触网系统主要起着让电力机车获取电能的作用。

接触网系统与电力输电线有许多相似之处，但还要满足电力牵引机车滑行不间断取电要求，由于其独特的架设和工作方式，空间环境限制严格，可调范围非常有限，易受气候环境影响，电磁环境复杂，特殊的弓网耦合关系决定了无法配置备用系统。这些特性都体现了接触网具有的唯一性和重要性，它的安全稳定直接关系到整个铁路运输系统的安全。

2 京沪高铁接触网相关技术参数

(1)高速正线一般采用全补偿弹性链型悬挂，其余线路一般采用全补偿简单链型悬挂。

(2)接触网单腕臂支柱一般采用热浸镀锌H 型钢柱，硬横跨支柱一般采用φ350 mm 钢管柱(加强线区段柱顶预留支柱绝缘子连接条件)。

(3)路基地段支柱高度一般为7.8 m，合架供电线路区段一般为11 m，桥梁地段一般为7.6 m。

(4)接触线工作支悬挂点距轨面连线的高度为5 300 mm，误差允许范围为-20～+40 mm。

(5)接触网结构高度，高速正线一般为1 600 mm，隧道内、联络线、动车段线路等一般为1 400 mm，跨线建筑物、封闭雨棚、隧道等受净空限制时结构高度可酌情减小。

(6)直线区段拉出值一般为±200 mm，曲线区段根据超高不同设置不同，非绝缘锚段关节和绝缘锚段关节平面布置相同，中心柱一般为一个正定位一个反定位，拉出值分别为+250 mm，-250 mm。

(7)定位器选用Z型组合定位器，长度选择一般原则为定位器长度L(mm)+拉出值a(mm)≥1 350 mm。

(8)锚段关节一般采用四跨形式，但转换跨距不应小于45 m；否则采用五跨形式，接触线悬挂高度为H，接触线在锚段关节中的高度为：

接触线在中心柱处的高度H1=H+20 mm；

接触线在转换柱处的高度H2=H+(350～500)mm；

接触线下锚支高度H3=H+500 mm。

(9)跨距在路基区段一般不大于55 m，桥梁、隧道区段一般不大于50 m，转换跨距一般为50 m，相邻跨距之差不得大于10 m。

3 故障情况

(1)2013年7月1日10时00分巡视人员反馈沧州西站上行出站口209 km处腕臂倾斜，经检查确认发现沧州西站12#(K209+397)位置处定位器导线端从定位线夹处脱出。

(2)2017年3月6日9时50分京廊区间上行77 km处接触网设备斜拉杆疑似脱落，列车降弓通过，现场人员确认发现628#(K77+726)中心柱正定位线夹从定位器中脱出。

(3)从2011年开通以来，四跨非绝缘锚段关节中心柱定位器挂钩与定位器底座之间的磨耗与其他处定位器的相同部位磨耗相比，普遍严重，且此处定位器线夹处的U型固定销与其他处相比，磨损率和变形率也较为严重。

综合以上事故和异常情况来看，定位器脱落故障和定位器某些部位的异常磨耗都发生在四跨非绝缘锚段关节内，因此应该认真分析此关节的特点和引发故障的主要原因，并制定相应的对策。

4 故障分析

四跨非绝缘锚段关节包括一棵中心柱，两棵转换柱和两棵落锚柱共四跨，中心柱两侧各5 m处布置有第一根吊弦，在此区段两根接触线应该处于等高段，转换柱处非支较工支抬高500 mm，接触线和承力索水平间距500 mm，靠近中心柱侧悬挂为非支。经数据积累和分析，发现京沪高铁接触网四跨非绝缘锚段关节因其结构特点影响接触网设备的正常运行，造成以下问题。

(1)京沪高铁接触网系统的四跨非绝缘锚段关节的中心柱定位结构为一个正定位、一个反定位的组合形式，此种形式在直线区段问题较小，但是在曲线区段会表现出曲线内的正定位形式和曲线外的反定位形式，由于曲线中区段的线路特性决定了其定位器的拉出值虽满足要求，但是其受力却不符合相关技术标准(小于80 N)，甚至有不受力的情况存在。

当机车的受电弓通过定位器定位点和其周边接触线时，由于受力特点，与正常受力的定位器相比，此处定位器相关物理性能的机械振动强度提高，持续时间变长，造成定位器支座与定位器连接挂钩部位及其他连接部位(比如Z型定位器的导线定位线夹和定位器连接处的U型销固定部位)磨损程度增加，造成安全隐患，如果不能及时发现处理，就有可能发生定位器脱落故障。

(2)在中心柱处接触线抬高形成的“屋脊”，造成硬点及火花。由图1可知，由于设计给出的参数为转换柱处非支较工支抬高500 mm，两支柱的跨距一般为55 m，为了简化计算方式，忽略线索本身的弧度因素，通过公式

(1)

可得d≈40 mm。考虑线索弧度的影响，即肯定d<40 mm，也就是说当第一根吊弦处吊弦位置正偏到极限误差时，虽然此处接触线高度符合标准要求，但会在中心柱定位点处形成硬点，产生屋脊现象，当受电弓通过时发生电流拉弧。

图1 锚段关节简效示意图

5 应对措施

(1)定位器由Z型换为A型。A型定位器线夹为一体成型，不使用U型销固定线夹，所以不存在安装不到位而磨损的问题。定位器挂钩材质采用耐磨型。但由于定位器使用量太大，建议在条件合适时(大修)分批更换。

(2)通过调整拉出值(个别定位形式需要更换)使受力不满足条件的定位器满足不小于80 N的拉力标准，消除定位器、定位支座、定位线夹U型固定销的磨损隐患。

①直线区段：调整中心柱正、反定位两侧转换柱，工支接触线拉出值加大100 mm，非工作支拉出值减小100 mm。

②曲线区段：中心柱定位器采用双拉双压设置时，定位器角度应符合设计要求，且保证跨越导线支定位器支座最低点与接触线的距离不小于200 mm，跨越导线支定位器与所跨越的导线间隙不小于100 mm，接触网任何零部件不得侵入受电弓最大动态包络线。

曲外支柱：调整中心柱正定位两侧转换柱工支和非支，接触线拉出值各减小50～100 mm；调整中心柱反定位两侧转换柱工支和非支，工支接触线拉出值加大50～100 mm，非支接触线拉出值减小50～100 mm。

曲内支柱：调整中心柱正定位两侧转换柱工支和非支，工支接触线拉出值加大50～100 mm，非支接触线拉出值减小50～100 mm；调整中心柱反定位两侧转换柱工支和非支，接触线拉出值各减小50～100 mm。

③绝缘关节保证两支导线水平间距不小于450 mm；非绝缘关节两支导线水平间距300～500 mm。

④调整后的工作支接触线拉出值不应大于350 mm。

⑤当定位器钩和定位器支座已磨损严重时，应予以更换。

(3)降低转换柱处接触线非工作支高度，利用图1和公式(1)计算得出，接触线非支抬高以不低于350 mm为原则，d≈31.8 mm,远小于40 mm的误差边界条件，说明了中心柱的两接触线过渡区段，即等高区段明显增长，避免了硬点的出现，解决了转换柱跨内接触线抬高量过大问题，以及中心柱处的接触线形成“屋脊”的问题。

(4)更换、调整中心柱至转换柱间的吊弦，使跨距内的吊弦所受载荷均匀，以改善接触网的弹性。

(5)通过调整，保证非绝缘锚段关节处受电弓过渡时接触悬挂处于良好的工作状态。

(6)PW线降高：凡是PW线肩架安装在两棘轮底座之间者(支柱加高者除外)，均改移至接触线棘轮底座与下腕臂底座之间安装，并宜尽量靠近接触线棘轮底座下方。

6 结语

以上的整改措施能显著提高接触网四跨非绝缘锚段关节的安全性和稳定性，可以有效避免出现影响行车安全的故障或现象。此整治措施已经在京沪高铁全线实施，并且此问题已引起各设计院、科研单位和铁路总公司等相关部门的广泛关注，通过借鉴和分析，可以在铁路建设和规划设计之初就完全避免此问题，提高经济性和安全性。