关于转巴区间隧道吊弦烧损分析

刘朝晖

关于转巴区间隧道吊弦烧损分析

刘朝晖

介绍了转巴区间隧道内吊弦烧损调查结果，根据吊弦烧损的实际情况从电气性能和力学性能2个方面展开分析，并重点分析了接触网非主导电回路，同时针对问题提出了整改措施。

主导电回路；电腐蚀；接触电阻；电连接；可调整体吊弦

0 引言

在现场进行接触网检修时，经常会遇到接触网零配件烧损，配件的烧损会对接触网的动态运行造成安全隐患，将给人员和设备带来重大损失。重载铁路发展带来的大运量、大牵引电流铁路运输，要求设备运行状态稳定，因此接触网零配件的烧损对重载铁路有着很重要的研究价值。

本文重点分析吊弦烧损现象，主要原因是接触网主导电回路不畅产生的局部回路电流，进一步加大了对接触网零配件的电腐蚀，再加上电力机车受电弓对接触网冲击力和机械振动，导致整体接触网架空线路张力发生很大的变化，可能造成接触网零配件松动和配件各方向受力不平衡，进一步破坏配件的受力状态，最终导致接触网吊弦烧损。

1 现场调查及分析

转巴区间上行隧道内发现可调整体吊弦心形环烧损并且有明显的电腐蚀现象，共计15处，吊弦损伤处多为定位点两侧第1根吊弦。隧道参数如下：隧道长1 308.5 m；设计导高5 750 mm，实际导高约5 730 mm；设计横向电连接9组，既有横向电连接12组（工区加装1组），设计2组锚段关节电连接，既有2组锚段关节电连接。

（1）根据对现场吊弦松弛程度的检查发现，烧损的可调整体吊弦受力较好，基本排除因吊弦松弛不受力造成吊弦长期虚接进而引发吊弦铰接部位放电烧损的可能。

（2）根据轨道车动态监测和现场静态测量的数据分析结果来看，转龙湾至巴图塔上行隧道内的接触网导高基本在5 730 mm左右，没有出现导高变化过大的现象，产生拉弧的可能性较小。

（3）从吊弦烧损的位置来分析，烧损位置均在吊弦的心形环（铰接部位）处；大多是在定位器的两侧的第1根吊弦处，且烧损较为严重。

（4）经排查和比对发现：a.隧道内吊弦有的没有上部导流环，有的没有下部导流环；b.吊弦上部的心形环是钢材质，吊弦线为铜材质，不是同一材质。c.烧损的吊弦铰接部位均为没有导流环的铰接部位。

从吊弦电腐蚀比较严重的调查结果可以得出：通过吊弦和承力索的电流比较小，但存在局部的导电回路问题，由于该现象长期存在所以对吊弦的心形环电腐蚀比较严重，致使吊弦的心形环出现明显的“卡脖子”现象，如图1所示。

转巴区间接触线比隧道中接触线导高约高170 mm，当电力机车受电弓滑过接触线时，会对接触线形成较大抬升作用，而且接触线有可能形成正驰度；又因为快速行驶的电力机车受电弓将会对接触网形成一定的冲击力，进而带动接触网的接触悬挂发生不规则的机械振动，在此瞬间吊弦心形环做上下运动，会进一步破坏心形环正常的受力状态，进而形成恶性循环。

图1 现场吊弦心形环损伤例图

2 非主导电回路分析

接触网的主导电回路是指牵引电流从牵引变电所流出经过馈电线到接触网、电力机车，通过钢轨或者回流线流回牵引变电所，形成2条主导电回路，如图2所示。

图2 主导电回路示意图

图2中虚线为主导电回路。主导电回路主要包括接触线、隔离开关、电连接、馈电线、钢轨、供电线、回流线等，这是经过长期运行试验而得出的结论。吊弦和承力索的作用是将接触线悬挂起来，并且通过调整接触线的弛度来改善受流质量；当承力索中的电流大于牵引电流的10%时，即可认定为主导电回路出现分流，即在接触网上形成局部的回路电流（非主导电回路）。通常认为承力索和接触线之间、定位器和定位环之间、上下部固定绳之间等为非主导电回路。

在缺少吊弦上下部导电环的情况下，发生非主导电回路的原因主要有3个：其一，吊弦的心形环随着导线的波动而进行不规则的运动时，心形环不断地与吊弦线夹碰撞，通过吊弦的电流处于不断地断开和闭合状态。其二，由于电力机车受电弓从导高6 000 mm处滑向5 730 mm处，受电弓和接触线产生更大的摩擦力，同时对接触网的接触悬挂形成较为明显的抬升趋势，使得心形环和吊弦线夹之间发生强烈的撞击和拉伸力，对配件的完整性有一定的影响，从而导致心形环和吊弦线夹接触不紧密，形成一定的接触电阻。其三，心形环表面形成一定的化学腐蚀，导致配件的导电能力下降。

基于以上分析，随着某个零配件导电能力的下降，电阻变大，产生一定的电压差，最终形成了局部导电回路。接触电阻增大，零配件的局部温度增大会进一步促进电气设备氧化，导致加热加速，形成恶性循环。当电气设备的配件和发热线索的抗拉强度降低，将会对接触网设备零部件造成进一步的伤害。接触网的设备配件总是处在露天的情况下，设备要经历电的热效应和化学腐蚀的考验。

根据现场调查结果可以看出，主要存在2个问题，第一，吊弦缺少导流环，致使牵引电流流通不畅，该处就变成牵引网中时断时闭的结点，为吊弦心形环电氧化创造了条件，随着接触网接触悬挂不断波动，心形环受到拉伸力和剪切力的共同作用，进一步加大了对心形环的损伤。第二，导流环和吊弦导线是不同材质制成，尽管心形环采用钢材质可以抵抗更大的拉伸力，但不同材质的材料导电能力并不相同，使得导电回路不畅通。

定位点处两侧第 1根吊弦受到的合力是最大的，同时靠牵引变电所近的一侧吊弦所通过的电流也较大[1]，因此，定位点处两侧吊弦会更容易受到电氧化的影响，形成局部导电回路，导致主导电回路不畅，烧损吊弦。

3 整改措施分析

针对发生的吊弦烧损现象，结合现场经验分析提出以下措施：

（1）更换可调整体吊弦。在隧道中更换可调整体吊弦受到空间的限制，可以将吊弦的导流环做小一点，保证可调整体吊弦上下部都有导流环，使可调整体吊弦导流通畅。

若采用整体吊弦，可以提高导电能力，相对可调整体吊弦不受空间的限制，但是吊弦的弹性不好，可能会形成硬点，也不利于整体接触悬挂的张力平衡；为了解决接触悬挂张力不平衡可以采用1∶3的补偿装置，以平衡整体的接触网张力，但效果不是很好。

若采用绝缘吊弦会增大接触线的电流负荷。在隧道外发生雷电等恶劣天气或者出现较大的负荷等情况时，会加大整体接触网上绝缘设备的耐压水平，不利于接触网正常运行，且经济成本较大。

（2）对于明显的供电薄弱部分，应合理地加大横向电连接的横截面积和电连接数量，但不可以随意加装，避免形成更加复杂的接触悬挂结构，同时也增大了安全隐患发生的可能性和检修工作量。电连接的内部烧损是很难发现的，要定期组织巡视人员重点巡视，在天窗检修时，对电连接线夹松动的螺栓按标准化作业要求紧固，并且清理线夹内的污垢，打磨线夹和给导线涂导电膏，保证导电通畅。

（3）疏理接触网主导电回路，加大对吸上线检查，重点检查吸上线连接到扼流变压器中性点处螺栓是否紧固；上网点的检查，主要看试温片颜色的变化及其线夹状态、接触线的磨耗程度、接触线是否有扭面、在定位点处是否有硬点等；载流承力索的电流要受到通过吊弦线索电流总量的限制，因此不能采用较大横截面积的铜吊弦，在检修时应注意观察铜承力索绞线断股状态。

（4）检查隔离开关引线是否接错，造成接触网零配件烧损；隔离开关引线与接触网设备线夹是否连接牢靠。

（5）检查接地线夹和测量接地电阻，当发生短路故障且短路电流不足以引发馈线开关跳闸时，短路电流通过较大的接地电阻降低电流大小，可能会将支柱烧毁或者接触网其他供电设备烧损，在隧道中，可能会造成埋入杆件烧损，形成大面积停电。

4 结语

针对吊弦出现大面积电腐蚀现象，找到了分析吊弦的线索，通过对接触网主导电回路和非主导电回路的分析，得出该分析过程要将电气和力学影响进行综合考虑，最终找出比较可行的解决方案。

[1] 铁道部电化工程局电气化勘探测设计处.电气化铁道设计手册接触网[M]. 北京：中国铁道出版社，1988.

[2] 张万里.接触网工技术问答850题[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.

[3] 史国强.电气化铁路接触网主导电回路烧伤问题的探讨[J]. 上海铁道科技，2008，（2）：28-29.

[4] 李传军.电气化铁路接触网电气烧伤事故的研究[J]. 技术与市场，2011，（6）：132.

[5] 刘宇红.牵引供电系统中接触网主导电回路不畅引起的事故种类、形成原因和预防措施[J]. 内蒙古煤碳经济，2014，（01）：128-129.

Introduces investigation results of burning out of droppers inside of tunnel at Zhuan-Ba section, starts analyzing the actual situations of burning out of droppers based on two aspects of electrical performance and mechanical property, analyzes in emphasis non-main conducting circuit of overhead contact system, puts forward the rectifying measures for the occurred problems.

Main conducting circuit; electric corrosion; contact resistance; electric connection; adjustable integral droppers

U225.4+8

：B

：1007-936X(2015)04-0011-03

2015-02-03

刘朝晖.神华包神铁路有限责任公司，工程师，电话：15949401617。