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接触网弓网故障分析


接触网弓网故障分析

摘要:电气化铁路的迅猛发展,大大增加了铁路的的运能和运量。铁路重载和高速技术的应 用加速了铁路电气化的进程,但却给铁路接触网带来严峻的挑战,一方面要满足高速铁路的 供电需求,另一方面要确保接触网设备的安全可靠运行, 根据多年来行车事故的统计,由于 弓网运行状态不良发的事故占有相当的比例。弓网故障是长期困扰电气化铁路的一个亟待 解决的难题。它发生率高,中断供电和行车时间长,而且不易查找,不利防范,不便组织 抢修,给铁路运输安全造成了严重影响,是电气化铁路面临的一个非常突出的问题。因此 分析发生弓网故障的原因并提出相应的防范措施对铁路运输安全生产有着重要的意义 ,接 触网是电气化铁路的重要元件,而弓网故障是影响接触网安全运行的重要因素。 主要分析接 触网弓网故障的常见原因,并结合实际运行情况,对预防铁路接触网弓网故障的防范措施进 行了分析。

关键词:电气化

接触网

弓网故障

目录

第一章 前言……………………………………………………………………… 第二章 受电弓

(1)概述………………………………………………… (2)受电弓的定义……………………………………….. (3)受电弓的动作原理…………………………………. 第三章 弓网故障原因分析 (1) 弓网故障及其表现形式……………………………………….. (2) 弓网故障的成因…………………………………………………. 第四章 防止弓网故障的有效措施 (1)供电设备防风改造………………………………………… (2)建立保养制度……………………………………………… (3) 规范司机操作……………………………………………… (4) 提高检修人员技术素质………………………………………. 第五章 结束语 (1)总结………………………………………………………………… (2)参考文献……………………………………………………….

第一章

前言
近几年,电气化铁道的迅猛发展 ,大大增加了铁路的运能和运量。铁路重载和高速技 术的应用加速了铁路电气化的进程 ,但却给铁路接触网带来严峻的挑战。一方面接触网质 量的优劣,将直接影响行车安全和运输的经济效益;另一方面,接触网供电设备的正常运 行,也将严重影响行车的安全。而在运输中铁路接触网弓网故障是长期困扰电气化铁路的 一个亟待解决的难题。电气化铁路接触网弓网故障会直接导致接触网设备及受电弓破坏而 造成行车事故。由于弓网故障,中断供电时间较长,而事故抢修所需投入的人力、物力相 对较大,所以预防弓网故障是当前电气化铁路运输生产的需要。也是确保安全生产和促进 电气化铁道发展的需要,所以经过本专业的学习,了解了大量的电气化铁路接触网和受电 弓的知识后,对弓网故障做了较为细致的分析,通过分析让我们知道接触网弓网故障会对 电气化铁路运输产生哪些影响,也让我们知道故障的应对措施。

第二章受电弓
(1)受电弓的定义 1.简介 受电弓(Pantograph)也称集电弓,有人还称之为输电架,是让电气化铁路车辆从高 架电缆取得电力的设备的统称。一般可分为单臂弓和双臂弓两种,均由集电头、上框架、 下臂杆(双臂弓用下框架) 、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。

2.主要种类

2.1 双臂式
双臂式受电弓乃最传统的受电弓,也可称“菱”形受电弓,因其形状为菱形 。因保 养成本较高,加上故障时有扯断电车线的风险,目前部分新出厂的铁路车辆,已改用单臂 式受电弓;有部分铁路车辆从原有的双臂式受电弓,改造为单臂式受电弓。

2.2 单臂式 除了双臂式,其后也有单臂式的受电弓,也可称为“之”(Z) (ㄑ)字形的受电弓。 单臂式受电弓比双臂式噪音为低,故障时也较不易扯断电车线,为较普遍的受电弓类型。 依据各铁路车辆制造厂的设计方式不同,在受电弓的设计上会有些许差异。

2.3 垂直式 有某些受电弓是垂直式设计,也可称成“T”字形(还叫作翼形)受电弓,其低风阻 的特性特别适合高速行驶,以减少行车时的噪音。所以垂直式受电弓主要用于高速铁路车 辆。由于成本较高,垂直式受电弓逐渐被单臂式替代(日本新干线 500 系改造时由垂直式 受电弓改为单臂式受电弓)。 (2).受电弓的原理 1.升弓 压缩空气经受电弓阀均匀进入传动气缸,气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧,此时升弓 弹簧使下臂杆转动,抬起上框架和集电头,受电弓均匀上升,并同接触网接触。

缓冲阀动作原理示意图 升 弓 过 程

电空阀得电——压缩空气进入缓冲阀气室——压缩空气进入传动气缸——活塞压缩 降弓弹簧——转臂约束力解除——下臂杆和推杆作顺时针转动——铰链上移——弓头升 起

2.降弓 传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气,在降弓弹簧作用下,克服升弓弹簧的 作用力,使受电弓迅速下降,脱离接触网。

缓冲阀动作原理示意图 快 速 降 弓 过 程

缓冲阀动作原理示意图 缓 慢 降 弓 过 程
电空 阀失电——传动气缸的气体排出——降弓弹簧作用——带动转臂——降弓

第三章弓网故障分析

(1)弓网故障及其表现
1.1 接触网定位环节 这类主要是定位点拉出值过大、定位器坡度过小, 造成脱、碰、刮弓故障,这类故障 一般为施工超标准 、调整拉出值时偏差较大、或遇大风及温度变化过大时造成,特别是 在曲线跨中尤为明显。 1.2 道岔区 这类主要是刮弓、钻弓故障,线岔定位部位,两导线交叉位置参数不标准、始触点高 度不符合要求、线岔限制管间隙过大。 1.3 接触网设备 这类主要是吊弦及电连接器造成的弓网故障,电连接设置数量或位置不合理,特别是 在坡道上、机车取流过大造成吊弦过流被烧断。由于 电连接与承力索接触不 良, 形成线 夹内长期放电而造成烧断电连接线。吊弦线夹、电连接线夹紧固螺栓长期处于振动状态, 由此造成螺栓松脱也是产生此类故障的原因之一 。 1.4 导线处 这类主要是导线烧断引起的弓网故障,导线因硬弯、硬点而造成长期放电拉弧,使局 部磨耗过大而造成接触网断线故障。接触网设计原则:大站及编组站的导高 6 450 mm, 中 间站及区间 6 000 mm, 隧道 5 720~6 000 mm 之间。但是在施工过程中, 由于过渡及临 时的保证开通措施, 接触导线高度在 5 720~6 450 mm 间交替 出现, 特别是在导高变化 的过渡部分, 很少能保证接触线 5‰的变坡要求。由于接触导线高度忽高忽低,导致接触 悬挂弹性时大时小,在变坡点处产生拉弧现象,高温电弧灼伤接触线工作面, 使接触线工 作面出现麻点, 其它受电弓高速通过时, 又产生更为严重 的拉弧, 若受电弓有隐性损伤 带病通过, 易产生弓网故障 , 同时给以后接触网运营带来隐性故障点。 1.5 接触网材质 这类主要是接触网材质不良引起连接 、定位零件断裂而造成的弓网 故障,直线处定位 线夹或“V” 型吊线线夹断裂,造成定位管或定位器脱落,打击受电 弓。曲线处导线受水平分力的作用, 造成定位线夹负荷增大, 劣质线夹可能出现断裂现象 而造成脱弓、钻弓故障。 1.6 线路及其他环节 这类主要是受电弓与接地体放电、线路原因引起的弓网故障,一类是故障一般发生在 受电弓对树木 、受电弓对渗、漏水隧道内的冰柱放电、从而引起变电所跳闸;另一类是 工务部门起拨道引起导线拉出值参数变化, 特别是在曲线段外轨的超高值变化将引起接 触导线相对位置较大的变化。从而引起受电弓脱弓、刮弓。

(2)弓网故障的成因 2.1 供电方面的原因
1、接触网设计上的缺陷 接触网勘测设计的开始就决定了接触网质量的先天性,设计不合理性,甚至错误,往往会 造成接触网的“硬伤”运行,并给检修带来难以消除的隐患,随着不良状态的持续积累, 在一定条件下就可能形成弓网故障的直接原因。 2、接触网检修的缺陷 如果说设计形成接触网的先天特性,那么检修则会形成接触网的后天特性。对它的检 修不良也是造成弓网故障的主要原因。如: (1)接触网导线的安装不当,工作表面不平直,出现毛刺或由于接触网局部磨耗超标, 腐蚀、烧伤未及时处理而引发弓网故障; (2)线岔限制管、线夹打翻受电弓或锚段关节低于工作支导线而钻弓; (3)温度变化时,线岔处两支接触线张力变化不一致,高度误差大,当受电弓通过时, 受电弓对接触线向上的抬力加剧了两支接触线的高度偏差,受电弓受到侧向的冲击和挤 压,引起脱弓和受电弓滑板断裂; (4)接触线“之”字值或拉出值超限,偏离受电弓有效工作范围而钻弓; (5)主导电回路不畅,吊弦分流过大,烧断吊弦。 3、接触网零部件的材料缺陷 接触网零件在生产制造过程中形成结构材质上的缺陷,往往会导致弓网故障的发生。 供电调度处理接触网故障的过程,主要历经三个阶段,第一阶段:全面收集故障信息, 对故障的性质和影响范围做出初步的判断,一般用时 6 至 8 分钟;第二阶段:组织接触网 工区进行故障点的查找,这一阶段用时较长且不确定,在实际故障查找过程中出现过几个 小时无法找到故障点的情况,严重影响铁路行车运输;第三阶段:故障处理,根据故障的 破坏范围的不同,故障处理时间一般介于 30 分钟至 1 小时之间。由此可见:故障点的查 找与分析在整个故障处理过程中占据重要位置,是决定故障停时的关键因素之一,如何快 速查找到故障点,尤其是利用故测仪进行故障定位分析,在调度度指挥故障处理过程中显 得非常重要。

供电调度收集故障信息的途径与内容: (1)调度中心远动显示信息,主要包括保护动作情况、断路器动作情况、故障探测 仪指示、电压、电流等。 (2)调度中心打印机打印信息,与远动显示内容相互对照,印证。 (3)变电所亭汇报信息,与远动显示,调度中心打印机信息相互对照。 (4)接触网人员汇报作息,检修作业是否存在问题,有关机车、网上故障、异常等 信息。 (5)行车调度反馈信息,主要包括故障供电臂列车的分布运行情况,机车司机反映 的机车故障与接触网的异常情况,机车车型、车号、车次、停车位置。 (6)行调、机务、车务、电务、工务等人员反馈信息,网上异物、明显的接触网零 部件脱落、倒杆断线、倒树等。 供电调度在查找故障点时应作到以下几点。 (1)多次跳闸时故测仪每次的指示不同,但接触网第一次短路的瞬间,发生断线的 可能性较小,因此第一次跳闸故测仪指示较准,在查找故障点时应以第一次指示重点,其 它指示值班作为参考。 (2)多次跳闸故标指示值向同一方向变化时,造成故障的原因可能是移动物体,重 点查找该区段运行的电力机车。 (3)在 AT 供电区段,应根据变电所亭的跳闸情况和其他反馈信息,努力排除接触网 或正馈线断线、AT 解列等异常情况造成的误指示,并综合分析确定故障的真实位置。 (4)在 BT 或直供区段,接触网电抗受架空地线、回流线、单线复线、站场及短路接 地形式影响较大,特别是站场迂回供电和复线上、下行并联供电存在的互感,将影响电抗 型故测仪的指示精度,在故测仪参数校对时应区别对待,有所取舍。在故测仪实际使用中, 应注意分区亭环供对故测仪指示的影响,通过分析计算进行校正,对于站场分支供电,一 个故测仪指示数可能对应几个故障范围,进行故障查找时应特别注意。 (5)查找故障点时,应注意正线、侧线、支线、供电线、正馈线及变电所内设备均 可能故障,甚至侧线、支线的故障几率更大。 (6)查找故障点时,应从故测仪指示点向两侧查找,当在规定的误差范围内找不到 故障点时,应扩大范围查找。短时内找不到时,可采取分段送电的方法查找。 (7)发生弓网故障时,可能存在多个故障点,列车运行后方要仔细巡视检查。 (8)当有关人员反映多处故障点或故障点不一致时,要认真分析,逐个落实。

2.2 机务方面的原因
在探索了接触网方面形成弓网故障后的原因后,矛盾的另一方面由受电弓引起的弓网 故障就不得不考虑了。电力机车受电弓滑板条断裂,缺失,受电弓弓头失衡,弓架安装调 整误差等,都可直接导致受电弓工作状况改变,刮坏接触网零部件,造成弓网故障。根据 调查统计,这类故障占所有弓网故障的 7%左右。如: 1、受电弓滑板断损、缺失、松动、翘起等造成卡往或伤网。 2、受电弓滑板材质选择不当使接触电阻加大或润滑不良使磨耗加大而产生电腐蚀。 3、受电弓升弓压力不足,或静止状态下给定较大的工作电流而产生接触电弧烧网。 4、受电弓弓头转动部件润滑不良或连接不可靠而电蚀,致使弓头转动不灵诱发弓网 故障。 5、受电弓弓头倾斜超标,钻入接触线上使定位器打断、吊弦拉脱。

2.3 运输方面的原因
由运输方面引起的弓网故障是多样的。货物超限坠落打坏接触网零件支柱,机车闯入 无电区,机车闯入分相等,都可造成弓网故障,这类故障约占 4%左右。

2.4 工务方面的原因
工务部门拨道移轨,调整超高等作业都能直接改变弓网的相对位置,也会造成弓网故 障。由于供电部门的密切配合,这类故障极少发生。

2.5 其他原因
1、工务部门施工时擅自改变线路中心、曲线半径及超高值,导致接触线偏移; 2、飞沙、走石、冰凌、霜雪、风雨及其它异物缠搭在弓或网上诱发弓网故障; 3、路外车辆撞断支柱、道口事故,大风及洪水等灾害,也会引起弓网故障。

第四章

防止弓网故障的有效措施

(1)供电设备防风改造
风口是弓网故障多发区段,在相邻支柱的跨中增加中间支柱可减小风偏值。链形悬挂接触 网理论计算公式表明,决定接触网风偏值的一个最主要因素就是跨距,因此缩小跨距能够 有效地减小跨中的风偏值,跨距的缩小也使接触线在定位点处对定位器形成了较大的张力 增量,抑制了定位器的摆动,增强了定位器的稳定性。该方案能够有效地减少弓网故障的 发生。

(2)建立保养制度
对机车受电弓实行记名式责任制、司机责任交接和专人保养制度。在检修过程中,由专业 工程师负责受电弓工艺、技术和质量方面的技术指导。在机车整备过程中,则由供电部门 的受电弓专检人员保证受电的出库良好,以形成层层把关体系,从制度上防止弓网故障。

(3)规范司机操作
3.1 运行中严禁升双弓和带点过分相。运行中密切注视接触网状态,当刮大风发现接 触网常或临时停电时,要迅速断开主断路降下受电弓,就地停车并立即报告电力调度员和 列车调度员。 3.2 禁止低风压升弓,每次入库都要检查接触网状态并用清洁布条将绝缘瓷瓶擦净, 机车静止状态严禁长时间给大电流。 3.3 遇接触网故障,降、升受电弓或临降、升弓手信号时,及时降下或升起受电弓; 要随时注意接触网终端标志,防止跑弓。 3.4 发生弓网故障后必须首先降弓并就地停车,然后申请并办理停电手续,挂好接地 线,验电后方可登上机车车顶处理事故。 3.5 建立健全弓网信息反馈网络。建立机务和供电部门的信息反馈制度,以便双方尽 快收集资料,及时安排对设备的巡检和抢修。为方便数据的采集,对重点机车安装了“弓 网动态监测装置” ,对接触网拉出值进行检测,分析汇总后反馈给供电部门,以制定整改 或防范措施。

(4)提高检修人员技术素质
检修作业中,测量工具的精确度,对接触网影响很大 。如现在普遍使用的接触导线高度测 量杆测量时,受到风力、温度、接触悬挂 的晃动及作业人员技术水平等多方面的因素影 响,造成测量数据不准确。因此测量工具的改进应是运营检修单位首要考虑的因素,提高 接触网运行管理和检修人员的技术素质,运行管理人员应真正掌握接触网的关键,有效地 指导检修工作,把检修工作放在减小弓网故障和提高供电质量上,有效地防范事故和提高 管理检修水平。对接触网的培训和教育要突出实效性,力求通过提高接触网工的维修技能 来提高接触网设备的内在质量,从而减少弓网故障发生。

第五章 结束语 (1)总结
弓网故障具有突发性和扩延性的特点 ,随着电气化铁路运营里程的不断延展, 该故障 对行车安全威胁日益严重,各部门只要精细管理,加强受电弓的四项专检,提高行车设备的 运行品质,全面落实安全卡控措施,就能遏制此类故障的发生,为铁路运输的行车安全、和 谐发展提供有力的保证,弓网故障发生的原因是多方面的,有接触网方面的、有电力机车 方面的、有行车方面的等等原因。 ,要从根本上解决问题,必须充分认识到接触网弓网故 障是影响电气化铁道运行的一个重要原因,是保证电气化铁路上列车正常运行的关键之 一,且和接触网、受电弓、线路等方面有密切的关系。但是,电气化铁路的主要功绩在于 它能以高速、重载的优越技术性能大幅度地提高铁路的运输能力。因此,我们必须努力适 应电气化铁路的发展势头,努力的解决接触网的弓网故障问题,从思想上积极主动地提高 认识,制定一些新的规定,并在工作中切实贯彻执行,最大限度地防止接触网弓网故障的 发生,保证电气化铁道技术安全的向前发展。

(2)参考文献
1 薛豫中 司. 2 中华人民共和国铁道部 .电气化铁路接触网故障抢修规则 社,2009 铁运【2009】39 号 北京:中国铁道出版 电气化铁路弓网故障的分析与预防 中铁郑州勘察设计咨询院有限公

3 中华人民共和国铁道部.接触网安全操作规程 接触网运行检修规程.北京:中国铁 道出版社,2007.


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