电气化铁路接触网弓网故障分析与防控

秦龙

摘要：近年来，随着我国交通事业的快速发展，我国已经成为了名副其实的交通大国。党的十九大报告首次提出了交通强国，更为我国交通事业的未来描绘了新的宏伟蓝图。铁路重载和高速技术的大范围应用，更加速了铁路电气化的进程，从而对铁路接触网运行提出了更高的要求。电气化铁路运营中接触网是至关重要的系统构成，它与机车弓网密切相关，是整个铁路供电网安全运行的一个重要因素。本文就弓网故障产生的原因及接触网处于摩擦、振动、电热等物理变化影响产生的危害，提出接触网弓网故障的防控对策和措施。

关键词：接触网;弓网故障;防控;措施

中图分类号：U226.8                          文献标识码：A

随着我国经济的快速崛起，以及交通强国伟大战略的实施，铁路建设已进入一个全新的发展阶段，特别是交通基础设施建设，以不断刷新的“中国速度”惊艳世界。国能新朔铁路于2019年12月由国家能源投资集团重新整合成立，是中国神华能源股份有限公司的全资子公司。新朔铁路包括大准、准池、新准三条电气化铁路，是神华集团企业内部神东矿区煤炭集运通道，其主要任务是运输神东矿区煤炭，并担负着伊盟地区部分非煤物资和非神华企业煤炭转运业务。接触网是铁路供电系统的关键，它的运维质量与所处状态将对铁路运输能力产生直接的影响。本文从铁路供电系统接触网工程施工、维护检修与线路基础及受电弓原理、构造等方面，深入分析与探讨接触网弓网故障产生的原因，提出通过及时调整设备参数，加强施工管理，协调配合与监控外委施工等有效应对措施，以避免或减少弓网故障的发生，有效提升牵引供电系统运行的稳定性、安全性[1]。针对电气化铁路运行中的断线案例进行重点分析探讨，分析其产生的原因，并结合实际提出防控对策。

1 发生弓网故障的危害

机车供电接触网是一种特殊的电源装置。它由支柱与基础、支持、定位、触线悬挂等部件构成。在我公司实施对供电系统技改完善期间，新开通的接触网由于种种原因曾多次发生过各种故障，直接影响到铁路的安全运营，其中，发生频次最多的就是接触网断线故障。在供电系统设备检修中，最具破坏性、影响范围最大、停车时间最长、最难恢复處理的就是弓网故障。弓网故障，是指为电力机车提供电能的接触网相关部件与电力机车的受电弓发生非正常接触，造成受电弓或接触网设备损坏的故障。所以，无论是技术业务主管部门，还是运营维修部门，均应将弓网故障视为牵引供电事故的头号大敌。

2 弓网故障案例与分析

2.1弓网故障的具体案例

机车新技术的快速发展能够较好地满足电力机车高速化、智能化的发展需求，从而大幅度提升机车受电弓的技术水平。在机车的受电弓技术的实际应用过程中，一旦接触网出现故障，将会使整个铁路系统的运营受到严重影响。下面以供电系统接触网检修工作中比较具有代表性的接触网故障案例资料为例进行简要阐述。

（1）某区段在一次机车进入分岔驶过分相区间时，在之字值约为250 mm的地方，穿过悬吊滑轮的铜质绞线承力索与悬吊滑轮之间产生一定范围角度折角。在承力索外部包裹的预绞丝片是钢材质情况下，使承力索被压形成一定折角。同时由于铜质绞线承力索与外部包裹的钢质预绞丝片是不同的材质，故而产生较大的过渡电阻，因电热延展逐股被烧断，且由于其外部被钢质预绞丝片包裹，巡视检查时无法及时发现，结果造成两道承力索断线[2]。

（2）某隧道出口处，因正值大风、雷雨时节，隧道口上部的树藤枝条被大风吹落，刚好斜搭在承力索上，雨水顺藤条下滑形成水流，水流持续接触承力索，造成接地短路，致使承力索短路烧断造成事故。

（3）这是一次电力机车冲过货牵线无网区造成设备设施重大损失的特别案例。当时该区段属于尚未完成工程，接触网还未安装悬挂。事故造成机车受电弓折断报废，接触线发生重大变形，定位器被打脱的严重后果。事故的直接原因是该（货牵线）无网区的设备上没有悬挂接触网终端警示标志。该案例看似简单，但很具代表性，足以说明各种警示标志在铁路供电系统中的重要程度。

2.2 接触网定位环节弓网故障的原因分析

电力机车新技术新成果的广泛应用，特别是先进的电力机车受电弓技术的不断改进，造成弓网故障大多数原因都集中于接触网特性参数和性能上。受环境温度、风速和线路条件的影响，不稳定性显而易见。弓网故障的产生原因如下。

（1）定位点拉出值过大，定位器坡度不合理，倾斜度太小，导致脱、碰、刮弓故障。通常此类缺陷是由于检修调整不符合标准，确定调整拉出值偏差过大;或因风力较强和所处环境温度变化太大，尤其在曲线跨中较为明显。

（2）道岔区段刮弓、钻弓故障。导线交叉处技术参数不达标、始触点标高不符合标准、线岔限制管间隙过大等都是产生此类故障的原因。如线岔限制管一端线夹松脱，主线和边线两接触线得不到限制，机车从边线进入岔区时受电弓将边线抬高，限制管也被同时顶起抬高，一端翘起。机车行走中受电弓导角擦伤主线接触线，限制管和受电弓相碰，造成吊弦损坏，受电弓支架折断。

2.3 接触网设备

（1）吊弦及电连接造成的弓网损伤。主要是电气连接的设置安装个数或部位不合理，特别是在斜坡上，机车受电弓向接触网吸取电流过大，造成吊弦过电流被烧断;此外，电连接与承力索接触不良，在夹具中发生了长期放电，并烧断连接线。造成这种缺陷的主要原因是吊弦线卡、电连接线卡紧固螺栓长期处于振动状态使线卡松脱。

（2）导线拉弧烧损烧断故障。导线由于硬弯及硬点处产生长期拉弧放电，使局部磨耗烧损，进而造成接触网断线。接触网施工技术规范要求：大站及编组站接触网安装导高6 450 mm，中间站与区间6 000 mm，隧道5 720～6 000 mm。但在接触网检查调整中，接触导线高度往往在5 720～6 450 mm间交替过渡，尤其是在导高变化的过渡段部分，在较短距离范围基本无法保证接触线5%的变坡要求[3]。由于接触导线高低频繁变化，致使接触悬挂弹性忽大忽小，在变坡不符合标准要求的局段产生拉弧现象，局部高温电弧灼伤接触线工作面，使接触线工作面烧损氧化出现麻点，在机车高速通过其余受电弓时，又会产生更为严重的拉弧。若是机车受电弓出现隐性损伤带病通过，极易产生弓网故障，同时也为今后接触网运行埋下了故障隐患。

（3）接触网元件材料材质不良造成的弓网故障。因元件材质不良造成连接、定位零件损坏、断裂;直线段的定位线夹或“V”型吊线夹断裂等，都能造成定位管或定位器脱落打击受电弓，发生故障;曲线段导线由于其受水平分力作用，定位线夹横向拉力载荷加大，线夹材质不良极有可能发生断裂，从而造成脱及钻弓故障。

2.4 线路及其他环节

（1）机车受电弓与其接地体放电故障。此类型故障通常发生在机车受电弓通过轨道边树木、渗漏水隧道内的水流柱、冰柱放电等，从而造成变电所跳闸。

（2）轨道及线路原因引起弓网故障。工务检修中，起、拨调整轨道产生的导线拉出值参数变化，尤其是轨道曲线段外轨超高值变化段就会使接触导线相对位置发生较大变化。从而引起受电弓脱弓、刮弓。

（3）中心锚结是将接触线固定在锚段的中部，由于受环境温度及风力等影响，导致锚结两端的接触线承受应力大小发生变化，致使中心锚结线夹长期处于顺行方向的受力状态，线夹松动，旋紧力不足，引起滑移。长期的累积效应，产生线夹一端锚结绳索松弛低于接触线，引起刮擦弓网。

（4）自然灾害引发的弓网故障。严重的自然灾害也会严重破坏铁路接触网，例如大风、飓风等就极易造成弓网损坏。当风力的负载力矩超出定位管、定位器及接触线反作用力矩时，就会造成弓网故障。

3 接触网弓网故障防控的对策

3.1 提高接触网工作人员的技术素质

为了有效提高铁路供电系统运维管理和检修质量，提升检修、技术人员业务水平与素质，工段技术人员、运行管理人员应当系统了解和熟练掌握供电接触网系统的关键部位、关键所在，把工作重点放在提高供电质量与减小弓网故障上，有效地提高检修维护管理水平和隐患排查处理力度，以预防事故发生。首先，管理人员包括教育、安全、技术等专职人员要深入现场掌握一手资料，把握供电设备系统安全重点和要害部位，进行有针对性的技术业务指导[4]。少一些原则性的号召，多一些针对性的具体指导，把各种检查考核重点转移到设备关键部位的关键点上来。对规程的制定与修改一定要慎之又慎，对规程中的数据和规范要求必须认真研讨其必要性、适用性、可行性，并要预先考虑如何去检查、怎样去执行。其次，实施过程中及时发现问题并及时修改完善。最后，突出供电设备内在质量的管控，这就有赖于技术实力的提升与科技的投入。例如，提出电气接触的标准，弓网受流的质量标准，碰撞的合理性标准，悬挂弹性、振动的标准，补偿灵活性标准，设备重大缺陷的原则性标准等。总之，有的放矢地提升职工技术技能，不断提升设备本身内在质量。对弓网事故的分析要坚持实事求是，对事故的处理要坚持“四不放过”。

3.2 深抓供电设备的检测与检修

加强关键部位、重点设备的巡视检查与检测管控，对牵引网重点设备与关键部位视情况增加巡检车的检查次数，缩短检查周期时间。对检测出的接触网参数值超标、设备缺陷等问题及时调整更换。增强对各部螺栓、螺母、垫片等紧固件、连接件的平推检查，对不能适应列车运行条件或已经损坏的老旧零部件进行更新改造。增加对接触网分相分段绝缘器、三跨四跨、线岔等关键部位零部件巡视和检测，及时调整、检修或更换超标的零部件。检修操作中，必须严格遵守相关规程要求和标准作业流程。如分相分段绝缘器，必须调整至适当合理范围的负弛度，满足相关规程要求值范围，并且保证其平滑过渡，特别是对线岔起点处工支与工支、工支与非工支的抬高量测量更是如此。加强高污染区段接触网的分段、分相与绝缘子的清洗维护，重点检测受不良气候条件影响的电气元件，对绝缘子放电声响较大的区段要适时加强监控检查，以有效避免长期间歇性烧伤，造成断线故障。

3.3 严防接触网主导回路烧断，确保通畅

接触网主导回路，如股道电连接、供电线、网点等，必须符合相关规程与工艺规范要求。接触网分相绝缘器、线岔、锚段、分段等电连接线必须牢固、可靠，不得缺失，以确保对电力机车的供电正常。按规定周期要求对各部位线夹等零部件进行检查维护，按要求打磨氧化层，涂抹油脂和导电膏进行维护，并紧固安装。对吸上线和接地装置等进行定期检查、维护，及时补装或更换缺失、损坏的零部件。

3.4 消除电力机车绝缘不良对接触网状态产生的影响

避免因短路故障、电气绝缘不良等缺陷引起的接触网烧断，正常运行中一旦出现此类问题，要及时查明原因，并立即向电调指挥中心及相关部门汇报。构建受电弓网情况通报与供电、机务部门之间的信息共享系統。同时，要加强受电弓组件进出库前的完好状态检查控制，必须严格按控制流程和标准对每台受电弓、弓网组进行入库前质量检查，并做好查验记录。对查出的缺陷或损坏必须进行修复或处理，不合格的不得出库使用。坚决杜绝受电弓带病上线运行。运行中受电弓如出现异常，应随时降弓停用，并启用备用弓，以避免事故进一步扩大，造成受电弓报废。

3.5 加强部门间的数据共享与协调

加强电调指挥与供电、工务部门间的协调配合与信息沟通尤为重要。要按相关规程要求定期对接触网与线路基本参数等界限值进行检查测量与记录，划定“界限值”，并制定互控措施严格执行。在日常维护与检修中，形成供电、工务双方协调配合机制与制度，形成“工”“供”联防联控，消除了由于线路参数发生改变而造成接触网参数变化引发弓网故障的隐患。只有在接触网与受电弓接触工作面与轨道线路两钢轨轨面平行，以及接触网接触线始终位于线路中心正上方或线路中心正上方允许偏移值范围内，才能确保受电弓与接触网的正常运行。在接触网状态不变的情况下，如若轨道线路基础参数值发生超出规定值的变化，就可能引发弓网故障，造成事故。

3.6 加强重点部位设备的巡检

加强对供电接触网的日常巡视检查，是消除弓网故障的有效方法。在日常检查中可以通过细致观察接触网的运行状态有效地发现接触网设备安全状况，如观察吊弦、碗臂、接触线、承力索、绝缘子、坠砣以及线路两侧有无危险树杈树枝等状态。对巡视过程中发现的问题要应及时向工区及调度指挥中心汇报，对随时可能影响接触网设备运行或可能引发事故的情况要及时进行处理，消除隐患危机，降低或避免事故发生的概率。发现线路两侧有危险的树枝树杈等物，要及时砍伐清除。对隧道口附近与上部的树藤枝蔓要及时去除，特别是在有雷雨天气时，还要重点查看防洪区段情况，以避免高处的危石与泥土发生泥石流造成危害。

3.7 排除外界干扰因素与隐患

（1）加强对工地、货场、公路站点及防护支柱的安全保护，以避免汽车碰撞支柱。在铁路区段道口采取限高措施，对跨越铁路的天桥上空，要有防护栏和高压警示标志。各种安全防护警示标志，要安装在显眼易看部位，避免人为因素产生的各类隐患，引发弓网事故。

（2）对靠近接触网线路的企业、工厂和有爆破山体等类似作业的施工应进行长期监控，或采取必要的安全措施，以避免飞石等造成人员伤亡或接触网设备损坏。加强施工现场安全管理，主动配合施工，防止外来施工单位使用挖掘机等大型施工机具违章蛮干，碰断接触网造成事故。

（3）根据环境条件、气温变化等，对温度变化敏感的设备要加强监控、调整。对已经处于临界状态的设备，要及时采取措施改善条件或暂停使用，预防弓网事故发生。

（4）加强对材料的检测与监控，对不满足规定要求的、未达到绝缘标准的以及机械强度性能不达标的设备零件，坚决杜绝在设备上安装使用。

4 结语

从全世界范围看，电力铁路的发展已有百年历史。它以其独特的技术和经济优势发展壮大起来。目前，先进的接触网悬挂类型、悬挂方式已经在电气化铁路建设中被广泛采纳和应用，但现有的连接悬挂方式仍然占居主导地位，如何有效防控弓网故障，仍然是一个长期的课题。在既有设备和人员的基础上更进一步提高要求，加强设备技术更新改造与应用技术手段，将弓网故障尽量降低，应该说是完全可以做到的。

（责任编辑：侯辛锋）

参考文献：

[1]邵立，王国梁，白裔峰.高速铁路接触网防雷措施及建议[J].铁道工程学报，2012（10）：81-83.

[2]吉鹏霄.接触网[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]张红霞.电气化铁路接触网故障分析及防范措施[J].动力与电气工程，2012（15）：119.

[4]黄涛.浅析电气化铁路接触网弓网故障及其防范措施[J].甘肃科技，2011，27（23）：70-72.