关于电气化铁路接触网中心锚结故障的探讨

文/孟祥光（中国铁路上海局集团有限公司合肥供电段）

接触网是电气化铁路中用于给电力机车、动车组供电的露天无备用供电设备，正常情况下具有稳定的电气及机械性能。在列车行驶中，一旦接触网发生故障，将直接造成大面积的高铁、客车晚点或者停运。通过对一定时期接触网故障进行统计，发现在接触网故障里，中心锚结发生的故障多、影响广，并且具有一定的相似性，因此对接触网中心锚结进行深入研究，探明其运行风险，找出有效降低风险的运维手段显得尤为重要。

一、接触网中心锚结的作用及安设要求

接触网是由一个个接触网锚段组成的，每个锚段是相互独立又紧密相关的个体。由于导线热胀冷缩的特点，线索长度会随着温度升高而拉长，随着温度降低而缩短。在两端为硬锚的锚段中，由于导线伸长和缩短的量都消耗在各跨距内，导线的纵向位置几乎不会发生变化。而在两端设置补偿装置的锚段内，导线两端所承受的张力不对称，会出现张力差，导致整个锚段向一个方向移动，故这时需要设置中心锚结，通过死锚固的方式，防止出现接触网窜动，引发故障。

1.中心锚结的类型

从结构上看，中心锚结可分为防窜不防断和防窜防断两种形式。

（1）防窜不防断中心锚结。此类中心锚结通过在锚段的几何中心附近将承力索死锚固在固定索或者三腕臂结构上，再通过两跨内的接触线中锚绳将接触线和承力索的相对位置进行锚固，以达到防止锚段窜动的目的。其优点是结构简单，工程经济；缺点是不具备防断功能。

（2）防窜防断中心锚结。此类中心锚结其实是在防窜不防断中心锚结的结构上，再给承力索增加一根向两侧落锚的中锚辅助绳（承力索中心锚结绳），以一定张力平衡整锚段的张力差。其优点是因为有落锚的存在，在锚段一侧接触悬挂断线时，另一侧不会因张力不平衡而塌网，以此缩短故障影响范围；缺点是需要设两处中心锚结绳落锚支柱及拉线，结构上更为复杂一些。

2.中心锚结的安设规则

中心锚结将一个锚段分为了两个半锚，因此中心锚结设置的基本原则就是在锚段两侧张力差最小处设置中心锚结，以避免锚段发生窜动。一般来说，在坡度较小（6‰）的全直线和曲线处所，中心锚结可设置在锚段的几何中心，但是如果遇到线路坡度过大或曲线半径不等的处所，就需要按现场实际单位载荷情况，计算张力平衡点，从而确定中心锚结位置。

二、中心锚结造成弓网故障的案例分析

1.承力索中心锚结绳安装过低引发弓网故障

近期，某电气化线路发生一起因承力索中心锚结绳在施工过程中未按照安装曲线图安装，导致一侧承力索中心锚结绳弛度过大侵入受电弓动态包络线，引发的弓网故障。这一案例十分具有代表性，故下面对其侵线机制进行研究，探讨在运维中如何避免此类故障的发生。

从本次故障的现场调查可知，承力索中心锚结绳与受电弓的第一次接触点出现在线间距1400 毫米处，此处中心锚结绳与接触线高差为289 毫米，中心锚结绳低于承力索811 毫米。《高速铁路接触网运行维修规则》（以下简称《维规》）中第九十七条规定，受电弓动态抬升量H1为150 毫米（线岔始触区为200毫米），横向抬动量L1直线区段为250 毫米，曲线区段为350 毫米，而这些参数是基于弓头宽度L2为1950毫米的受电弓（DSA380 型）而来的，可以计算出受电弓在最大摆动量时可以到达的位置距线路中心距离L3，在曲线地段即L3=L2/2+L1=1950/2+350=1325 毫米。

该数据与现场1400 毫米数据几乎一致，考虑到动车组轮轨游离间隙和受电弓安装基准误差的存在，认为该数据可以说明受电弓在曲线处所确实可以接触到距线路中心1300～1400 毫米的线索，也就是说明线间距小于1400 毫米的处所为必须要考虑抬升的处所。

承力索中心锚结绳实际为不等高悬挂，但因其不等高点落差很小，可忽略不计，故可得出其线索最低点应在其跨中，其距线路中心距离为L4，假设落锚支柱侧面限界为3100 毫米，可得L4=3100/2=1550 毫米，如图1 所示。

图1 计算示意图

比较L3、L4可知，该线路故障中，受电弓先是通过中心锚结绳最低点（线间距1550 毫米处），运动至横向摆动可以触碰到承力索中心锚结绳的位置时，弓角与线索摩擦，受电弓失去平衡，导致另一侧弓角钻入承力索和接触线之间引发弓网故障。《维规》中针对于此处规定提炼有二：一是承力索中心锚结绳弛度应等或者略高于该处承力索弛度；二是其投影与钢轨相交处比接触线抬高300 毫米以上。其中第一点在现场不容易测得，而第二点考虑腕臂摆动、线索伸缩等因素叠加时，也存在一定风险。按该线路报告中的数据来看，中心锚结处平腕臂最大偏移时一侧线索弛度增加了H2=134 毫米，而100 米的承力索按0.000017 的线胀系数、温度变化50℃计算，可发生102 毫米的长度变化，即极限增加H3=51 毫米的弛度，故可以假设在极限情况下如果跨中中心锚结绳相对该处接触线抬高H4大于H1+H2+H3=335 毫米，那么在任何情况下该处中心锚结绳均不会出现刮弓情况。

2.承力索中心锚结绳落锚支柱倾斜引发弓网故障

近期，另一条电气化线路也发生了一起因落锚支柱倾斜引发的弓网故障。现场调查发现：因长时间降雨的影响，路基稳定性降低，落锚柱向跨内倾斜150毫米，引发承力索中心锚结驰度变大，侵入受电弓动态包络线导致故障发生。该起故障原因非常清楚，很有代表性地反映了锚柱防倾的重要性，但从目前的运维手段来看，即便支柱发生了轻微倾斜，在未测量支柱斜率的情况下，单凭肉眼是无法及时发现支柱倾斜的情况的，如果等到测量周期到来后再测量，数据又往往没有时效性，不能帮助及时发现隐患。故建议加大投入，针对此类支柱加装斜率监测仪，一是可以提供支柱斜率的实时监测，二是可以对地质变化起到预警作用。

该线路接触网经历多次大修改造，线索截面增大至150/120 体系，接触网载荷在不断增大，而恰巧故障点处锚段位于13‰坡度的线路上，导线截面的增大，势必导致中心锚结两侧的张力差的增大，想要维持平衡就会出现一侧中心锚结绳的张力过大、一侧过小的情况，但因故障前状态无法还原，所以本次故障不能排除支柱是在长期大张力下引发的外倾的可能，也说明了在日常运维中，要重点检查落锚柱两侧中心锚结绳受力情况，防止单边大张力的出现。另外，普速铁路由于施工后道床存在自然沉降，加之工务部门的长期捣鼓，使得落锚柱、转换柱这些受力较大处所的支柱，会发生不同情况的倾斜，因此在普速铁路的设计中，建议考虑将落锚柱、转换柱，换成有基础的H 型钢柱，以减少道床沉降带来的诸多风险。

3.接触线中心锚结绳驰度不足引发弓网故障

近期，一条电气化铁路发生了一起因接触网补偿装置中十字螺丝的脱出，卡在滑轮与连接板的缝隙之间，使滑轮无法灵活转动，引发承力索本体弛度增大，最终导致连接在承力索上的接触线中心锚结绳下垂侵入限界引发的故障。

该起故障为补偿装置卡滞的原因添加了新的内容。为了防止该隐患的失察，在检查补偿装置时，就需要观察连接板和滑轮之间的缝隙，查看是否有异物出现在缝隙中，便可判定螺丝是否有脱出的情况。虽然这起故障的原因不多见，但是事实上补偿已经出现卡滞情况，通过补偿坠砣的托举实验是可以发现其异常状态的。

通过视频回放可以发现，接触线中心锚结绳整体状态不良的问题早在几天前就已经出现，肉眼已经可以识别出部分线索已垂到接触线下方，但遗憾的是添乘人员及视频分析人员均未能及时发现该问题，致使中心锚结绳在被电弓多次击打后完全脱落，引发弓网故障。

三、中心锚结造成弓网故障的处置措施

基于上述分析探讨，结合运行经验，提出如下处置措施。

1.防止承力索中心锚结绳侵限的方法

（1）严格按照规范要求测量承力索中心锚结绳在钢轨投影处相对接触线的抬高，确保其大于300 毫米。在此基础上，测量跨中中心锚结绳的抬高，如不满足335 毫米，则需要进一步分析研判风险。

（2）明确在正常情况下，中心锚结处平腕臂应呈垂直线路状态，日常巡视中要重点观察，如发现平腕臂偏移，需要进一步检查中心锚结绳状态。

（3）因支柱和拉线所在路肩大多进行了硬化，故日常巡视中应加强对中心锚结绳落锚支柱的拉线基础、支柱基础情况的检查，如发现支柱及拉线附近水泥地面出现破碎开裂的情况，需要立即对支柱斜率进行测量，确认是否发生了倾斜，同时复核（1）中的建议。

（4）对支柱斜率进行监测。通过安装支柱斜率监测仪以便动态掌握支柱斜率的变化情况，及时进行现场复核和隐患处置。

（5）对线索张力进行监测。在两侧承力索中心锚结绳落锚处非带电侧串入远程拉力监测仪，设置拉力差报警数值，防止出现单边受力过大而导致另一边线索弛度过大的情况。

2.防止接触线中心锚结绳侵限的方法

（1）用好添乘及视频分析手段，及时发现中心锚结绳的不良状态。

（2）设备巡视过程中，采取托举实验的方法检测补偿装置是否灵活。

（3）高空作业中需要重点检查滑轮与连接板缝隙中是否有突出物，检查其他各部零件状态是否良好。

（4）利用监测手段。因接触网承力索、接触线上同一处所，张力的变化是在一恒定范围内变化的，所以可考虑在补偿装置上加装远程拉力监测仪，一旦发现拉力出现异常应立即检查设备状态。

四、结语

本文就近期出现的三起中心锚结故障进行了分析探讨，重点论述了中心锚结绳侵入限界的原因，并结合经验分析，总结提炼出了相应对策，为电气化铁路接触网运维过程中减少中心锚结故障的发生提供了参考意见。但因本文仅针对近期发生的故障进行探讨分析，样本数量较少，未能全面分析接触网中心锚结在运行中存在的风险，故需进一步搜集故障案例并进行研究，以使对接触网中心锚结的运行风险认知得更加全面。