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1.引言
随着国家经济的高速发展,电气化项目建设迅猛发展,其中接触网是电气化工程的主构架,其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务,因此接触网的一次成型可以大大提高整个电气化铁道的运输项目的建设效果。通过施工误差控制,提高接触网安装精度,可以减少接触网调整工作量,节约成本,改善弓网关系。
2.接触网施工关键技术
要想清楚并控制接触网施工误差,首先必须清晰了解其施工过程中的关键性技术和主要的施工工艺,实现一次成型的目标,其关乎整个接触网施工精度和施工质量,包括纵向的定位测量和横向的定位测量。由主管技术人员按照设计图纸审核跨距的长度,由拉链人员从测量的起始点按照跨距值丈量每根杆的杆位,用钢刷除锈并作出标记。接着使用白油漆以端正醒目的字体书写,保证中心线的标记位置准确。接触网各项分项工程都有关键性的技术难题存在,针对具体的情况,结合规范的规定和先进研究成果的应用,精细估算,是解决接触网施工误差控制问题主要原则所在。
3.接触网施工中误差主要来源及计算
3.1 随机误差 由于人为、仪器以及条件的原因,常常因为单独情况出现随机的误差,其大小和符号都没有相对应的规律可循,但是从整体角度来看其服从统计学规律,这种情况的误差叫做随机误差。产生随机误差原因很多,主要是由于大量独立的因素在微量上的变化,从而在宏观上的综合作用形成效应。以定位测量为例,操作过程中温度微量的变化、地面微震、摩擦力变化、空气扰动和机构微间隙等情况就是其随机误差形成的微观因素综合表现。实验的方法不能完全修正随机误差,通常是估算其对于施工操作结果影响大小和影响程度,分类别考量。
3.2 系统误差 系统误差的误差符号和大小在接触网施工过程中不断发生变化,通常是以一定规律性存在。接触网大部分施工操作都是重复性的,针对多次检测结果平均值同真值统计学规律分析计算,最终对测量值进行修正。系统误差通过实验和理论计算的方法可以求解出来,使用修正值方法可以消除其对接触网施工的影响。
3.3 粗放误差 粗放误差又叫做疏失误差,其为明显超出了施工预期范围条件内的数值,属于异常的施工统计值,形成原因主要是部分失控性操作而出现。仪器的操作不当、读数的人为错误、记录的错误以及计算的错误是最主要的粗放误差形成原因,其数值比随机误差和系统误差要大得多,很多情况下已经不在属于误差范围,实质上是施工中的错误。
4.控制施工误差常用方法
国内的接触网施工很大程度上引进了国外较为先进的数据化、程序化的施工工艺,在总结的基础上,中铁电气化局等单位开发了国家级的四个一次到位工程方法。对误差产生的上述原因以及工程情况总结发现,接触网施工误差重点需要控制的集中在五个方面,即:施工人员误差、机具使用误差、材料使用误差、施工方法误差以及施工环境误差。
4.1 人员误差控制 人员误差控制是实现一次成型最为有效地手段。接触网涉及人员范围较为广泛,直接参与到施工指挥、操作以及组织者都属于施工误差人为因素控制范畴。大量接触网使用成功的经验证明,持证上岗和按照施工特点进行分组操作可以确保专业化的施工人员分工,继而保证施工的质量,常见的分组有测量组、预配租、设备安装组、架线安装组、试验调试组和计算组等。接触网施工尽量要做到专人专项,相对固定人员安排,反复的长期专业操作有助于提高操作的技能,继而保证施工的作业精度,离散作业误差。
4.2 机械误差控制 对于机械的误差控制主要是对于施工的机械工具、检测器具以及各项设备等的控制工作。按照不同技术和工艺的要求,合理选择较为先进的机械工具、检测器具以及各项设备,对其使用、保养及管理保证正确,才能保证期处于最佳的使用状态。在接触网施工中,常常出现同一项目采用不同的机械得到不一致效果的现象,总会不同程度出现正负偏差,这样就导致返工现象,必须采取相对固定的操作才可以避免设计和施工范围内保证误差的控制,做到一次成型。
4.3 材料误差控制 原材料、半成品、成品以及构配件的控制需要从材料进货到安装、检验各个环节进行技术管理,对于不合格的材料严禁进入工程中。生产制造材料的过程不可避免存在公差,施工中必须充分考虑,尽量避免误差叠加的现象发生。
4.4 方法误差控制 施工采用的工艺、方法以及技术措施优劣直接关系着项目建设的质量好坏和精度要求,必须按照施工的实际情况,以工程质量、进度要求和项目效益为准则,遵循一次成型达标的原则。
4.5 环境误差控制 电气化工程项目建设大多数位于自然环境之中,受到地质、气候和其它环境影响效应明显,通常结合工程特点及具体条件考虑,针对环境因素影响程度,采取正队形措施加以控制。
5.工程实践分析
5.1 项目概况 某枢纽工程地处多个线路交汇点位置,属于咽喉性的外运要塞地位,其项目改建工程对于整个变电区域意义深远。项目建设由铁路部全面规划,要求改线路新增5000万吨的运输要求,线路年运输能力实现1亿吨运载,运载预留能力要求进一步提高,下表1为两条线路改造前后密度表。接触网施工的难点集中在多专业的交叉操作、作业内容广泛且经验较为缺乏等,存在部分施工误差不可避免,必须采取多项措施降低成本、减少材料,争取一次成型施工。
5.2 项目建设过程中施工误差控制的技术应用 本工程的开挖特殊基坑以及打灌隧道也是较为容易产生误差的重要施工环节,尤其是在流沙地带的基坑开挖,混凝土预制井点防护施工要求非常高,必须实时开挖的跟踪保证井圈的均匀下沉,开挖操作要求专门训练才能上岗,保证通信线路的畅通。在接触网施工中,本项目实现了一次成型的标准。首先,对操作人员做到实施技术培训,合格后持证上岗,要求其严格遵照规范操作;其次,施工操作之前做好架线锚固障碍的排除工作;再次,放线滑轮等工具材料要求按照线材的规格选用,型号保证了一致;此外,接触网零件都要求有紧固的力矩,可以使用力矩扳手锚紧螺帽;另外,紧线力度保证了均匀,没有冲击性破坏发生。
6.结语
从实践情况来看,接触网是露天设置,没有备用,线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的,其施工误差决定着接触网建设成效。通过分析接触网施工误差产生的根源,从影响施工的五大要素出发,提出了控制施工误差的减小和叠加的措施。
参考文献
关键词轨道交通接触网弓网故障分析防范措施
Abstract: this paper mainly analyzes catenary bow net fault reasons and according to many years' experience, from the point of view of daily inspection strengthen overhead contact system, puts forward the prevention measures of the bow net fault.
Keywords: rail traffic catenary bow net fault analysis preventive measures
中图分类号: U213.2 文献标识码:A 文章编号:
随着城市轨道交通缩短间隔时间、提高运力的需要,对供电系统中接触网的质量提出了更高的要求,而随着既有线路提速,特别是相关设备的老化,接触网弓网故障的问题日益突显。如何提高接触网运行质量,消灭弓网故障,相关单位面临的一个重要课题。
接触网弓网故障的发生,根本原因是接触网自身技术参数不符合标准造成。根据多年从事接触网施工的工作经验认为:只要在日常工作中对接触关键部位技术参数根据实际情况,针对具体问题,合理安排并提出相应措施,即可有效减少弓网故障的发生。
1弓网故障的原因分析
现阶段,由于电客车车辆新技术的大量应用,特别是电客车车受电弓技术的进步,导致接触网弓网故障大部分原因均集中在接触网的具体参数特性和部分性能上,而且接触网随外界环境气温、风速、线路条件等的影响,不稳定特性显著。在此我们就弓网故障的产生先进行一个全面的分析。
1.1接触网定位环节
1.1.1定位点拉出值过大、定位器坡度过少,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。
1.1.2道岔区刮弓、钻弓故障
线岔定位部位,两导线交叉位置参数不标准、始触点不符合要求、线岔限制管间隙过大。
1.2接触网设备
1.2.1吊弦、电连接造成弓网故障
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。
1.2.2导线烧断故障
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。根据地铁接触网设计原则:露天正常线路接触线距轨面的最低高度为4400mm,隧道内接触线距轨面的最低高度为4000mm。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4000~4500mm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。
2弓网故障的防范措施与探讨
综上所述,接触网弓网故障点多,但是最关键的部位仍旧是定位部分和道岔部位。而在实际日常施工和维护中,采取措施,有效控制和防范弓网故障的发生。下面来作具体的阐述:
2.1定期测量接触网定位点,防止拉出值过大、定位器坡度过小造成故障。
2.1.1检修作业中,测量工具的精确度,对接触网影响很大,因此测量工具的改进应是运营检修单位首要考虑的因素,如现在普遍使用的精确度较高的接触网激光测量仪测量。
2.1.2检修施工作业时的温度必须在调整作业中实地测量,防止因偏移错误而产生拉出值过大现象的发生。
2.2防止道岔区刮弓、钻弓故障的措施
线岔处两接触线的连线、各部参数都于线路两轨连线平行与否紧密相连,一旦施工误差累加轨面不水平因素轻则引起受电弓碰导角,重则造成钻弓事故。因此检调线岔时,必须先核对始触点范围内两股道的轨面连线是否水平。
2.3防止吊弦、电连接线烧断缠绕受电弓故障的措施
2.3.1采用绝缘吊弦,防止吊弦过流
在其它地铁接触网工程中就采用过这种吊弦。现行的整体吊弦加一绝缘套即可实现。
2.3.2增加电连接的数量
在大取流区段,特别是在坡度较大的区段,减小横向电连接之间的距离或增设横向电连接,防止机车起动时的大电流烧断吊弦或电连接线。例如深圳地铁2009年4月3日在香蜜湖―购物下行区间RC005杆处定位双环耳环处严重烧伤。整个耳环有三处严重烧伤,并有部分烧蚀残留物附在凹坑处。检修人员在现场立即进行检测校验,发现该定位处前后方各约60m没有横向电联接,接触网过流电流很大,因为此处没有设置横向电联接,出现导流面积不足的问题。针对该处无横向电联接的情况,在距该定位500mm处加装一组电联接以增大过流面积,后经过跟踪观察,此类故障排除。
3建议
由于现阶段轨道交通接触网检修工具及检测方法较落后,一线人员技术素质的参差不齐,接触网性能还不能完全满足轨道交通大流量通行的要求。所以,弓网故障在短时期内彻底消除不太可能。只能在既有的设备和人员配置基础上提出更高的要求,加强先进检修手段的运用,将弓网故障尽量降低。为此提出以下建议,供同行商讨.
3.1强化教育,提高队伍素质
队伍素质是制约技术运用、作业水平、提高接触网运行质量的关健因素。因此要从加强培训,重点撑握用检修工艺、工法,指导作业;重点学习检修作业的操作过程加强易发生弓网故障部位的实操技能。使职工队伍素质上台阶,为预防事故的发生做好服务。
3.2加强巡视,确保供电质量
现阶段,消灭弓网故障是接触网运营维护的目标。目前,深圳地铁基本采取每季一次运行接触网检测车来对接触网进行全面的质量检测,但是要达到可靠运行,彻底消灭弓网故障,最有效的方法仍旧是加强日常的检修维护。特别是对关键部位、问题集中的区域要加强巡视、彻底检修,确保接触网设备质量。
3.3加大科技投入,提高技术水准
靠汗水换质量,靠监督保安全,是我们工作的一贯算途径,这些从短期看有效管用,但是从长远看还应必须加大科技投入,从根本上提高技术水准。
城市轨道交通发展已有一百多年的历史,它以其显著的优越性得到大力发展。但是如何有效控制接触网弓网故障,保障运营的安全,仍旧是一个长期的课题。以上阐述只是长期在工作中总结出的一些适合检修实际的粗浅看法,难免有不妥之处,恳请同行不吝指正,有待于进一步总结完善。
参考文献:
[1]地铁设计规范GB_50517-2003.
[2]城市轨道交通直流牵引供电系统GB T10411-2005.
【关键词】接触网 改造 方案 优化
电气化是铁路建设的发展方向。加快铁路建设一方面要大力兴建新干线,另一方面要对原有的铁路系统进行电气化改造。相比新建铁路,既有线的改造施工难度更大,在规划、设计、方案确定上存在更多的特殊性和不确定性。行车不间断给施工管理带来了诸多不便,如何既能保证施工的质量、进度和安全,又不影响铁路正常运输,是现场施工组织面临的重要课题,优化方案和科学管理成为唯一的技术保障。
1 既有接触网改造工程的特点和难点分析
1.1 工程特点
接触网改造是电气化铁路整体改造工程中的重点和关键。与线路改造不同,线路施工可以分区段进行,采用增大曲线半径、抬升路基或隧道双线绕行等方式实施改造,完成区段施工后拨接拢口即可实现通车。接触网改造则不同,由于我国铁路站场改造采用行车不间断和以线路施工为主、保障线路、电务安全过渡的原则,站内线路和接触网交叉既有线和新建线,决定了施工作业只能在检修天窗点进行,作业完毕立即投入使用。在此情况下,既要保证受电弓安全顺利通过,又要保证正常施工,接触网改造必然会更多地受时间、场地、专业、安全和后勤保障的制约,加大了施工组织的复杂性和施工作业的难度。
1.2 技术难点
既有铁路接触网改造工程主要需解决以下技术难题:
1.2.1时间限制
按照铁路运输要求,接触网改造边施工边运营,施工封闭点最多不超过120分钟,而且根据线路不同,车流量大的线路每天给点更短,“天窗”作业,点后开通,造成施工不连续。
1.2.2空间限制
给点时间短、现场作业点多,交叉施工,大量人员机械短时间内聚集和撤离,施工场地空间狭小为人员、物料、机具的调配和运输带来困难,也降低了人员机械的使用效率,增加改造成本。
1.2.3专业限制
站场改造不仅仅是接触网改造,工务、电务、机务、线路、电力等专业和接触网专业同时同地施工,交叉作业,相互干扰相互挤占,影响工程质量和进度。
1.2.4安全和后勤保障限制
多数站改线路架线车暂时无法进入,人工架线张力不足,接触线磨损加重。“天窗”施工时间和空间的局限、专业交叉干扰、先进施工工艺站改中难以应用,为了不影响铁路运输,站改中常常需要采取临时的过渡措施,使天窗点的改造工程暂时达不到验收标准,存在一定的安全隐患,施工操作不当会引发放电、跳闸或弓网事故。接触网施工现场需要调配大量的人力物力,过渡工程也常需要使用特殊的或自加工的材料,对后勤保障也提出了严峻的考验。
设计要求和施工条件不同,施工方案也不同。在目前国内外还没有成形的经验可以借鉴和规范性文件用以指导的前提下,理顺现场各种矛盾,制定详细可行的作业计划和施工方案,做足预案,并能在实际操作中根据现场情况不断优化控制,使其符合合理有序、动态可调、方便实用、管理科学的原则,是既有铁路接触网改造施工成败的关键。
2 方案及对策
针对以上突出问题,实践中我们采取了以下措施优化方案,取得了较好的效果:
2.1 全天候作业
根据现场条件,在既有线与分段线之间采用临时落锚,连接分段绝缘器的方法,创造临时无电区,实现全天候作业。
线路施工若提前完成,封闭点尚存,在不影响行车的前提下,利用间隙时间合理调度架线车进入,实现正常程序施工。在以上条件都不具备的情况下,采用带电作业和改变供电方式的方法过渡施工,并积极协调有关部门早给点,多给点。
2.2 熟悉现场,提前准备
技术人员要熟悉图纸、线路情况和施工计划,围绕线路施工计划确定接触网拆除和过渡的具体时间,提前进行材料、机具的准备,细化工作内容,使现场配合得力,施工有序。
2.3 充分考虑专业特点,及时沟通,确定各专业的分时工作量
成立处、段、队三级工程指挥部,从全局出发,全面协调,合理调配资源,严格执行分时作业计划,最大程度避免专业间的交叉干扰。
2.4 采用必要的过渡措施
对于人工架线和附近线路架线车架线接触钱张力不足硬弯增加的问题,可采取临时增加悬挂点的方法加以解决。各种临时设施的施工标准不能低于正常要求,并有冷滑实验等检测手段。施工中尤其注意检查过渡线岔的位置、软横跨无电区距带电体的安全距离、接触线的位置是否符合要求、过渡关节能否影响正常取流等,以保证接触悬挂没有完全到位的情况下用电的绝对安全。现场加强安全监管,点前核查现场,进行施工准备,点中设联络员和安全员,加强防护,开工和结束令,点后检查现场,确认机车安全通过后方可撤离现场。后勤部门要熟悉施工计划,提前统计每天需要调配的人员机具和物料,根据作业时间科学组织运输,对过渡工程需要的特殊材料要提前安排设计加工,保障及时供应。
对于施工方案的优化和科学管理,应重点从以下几个方面着手:①充分发挥基层单位工程技术人员的技术经验优势,施工方案要做细做足并留有余地,保持其灵活性,在此基础上对图纸进行会审,对比施工条件、范围和工作量,对原方案中与现实情况不符,或对施工运行不利的条款要尽早提出尽快解决。②施工组织管理机构组织召开各施工单位协调会,找出接触网专业与其他专业互为影响的项目,协调理顺各专业互为影响的逻辑关系。③现场交桩。接触网技术人员应对线路改扩建情况充分了解,以交桩资料为依据,确定基坑位置,审定过渡方案。④动态管理施工方案。在对现场充分调研的基础上,与各施工单位配合,有机组合现场各类动态信息,列出所有干扰项目及成因,编制施工进度网络图,利用网络图反映出来的现场变化情况,选择关键路线,制定最优方案,科学管理复杂的工作内容,跟踪事件发展,实施过程控制和方案优化。
3 结束语
既有电气化铁路接触网改造事关铁路运输的安全与效能,施工难度大,现场条件复杂多变,本文总结工作实践,对接触网改造施工组织中遇到的突出问题进行探讨,希望能对类似工程提供参考,对行业标准和规范的建立有所裨益。
参考文献
[1] 于小四.电气化铁道接触网实用技术指南[M].中国铁道出版社,2009.
[2] 电气化铁道施工手册[M].中国铁道出版社,1987.
[3] 接触网安全工作规程接触网运行检修规程[M].中国铁道出版社,2007.
关键词:高速铁路;接触网;电气化铁路
1 高速铁路接触网
牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两个部分,其任务是保证质量良好并不间断地向动车组供电。
1.1 高速铁路接触网接触悬挂形式
接触悬挂形式是指接触网的基本结构形式,它反映了接触网的空间结构和几何尺寸。不同的悬挂形式,在工程造价、受流性能、安全性能上均有差别。另外,对接触网的设计、施工和运营维护也有不同的要求。对高速接触网悬挂形式的要求是:受流性能满足高速铁路的运营要求、安全可靠、结构简单、维修方便、工程造价低。
1.2 高速铁路接触网的主要技术特点
导线高度的确定受多方面的因素制约,如车辆限界、绝缘距离、车辆和线路振动、施工误差等。高速铁路接触导线的高度比常规电气化铁路的接触导线低,这主要是因为:高速铁路一般无超级超限列车通过,车辆限界为4800mm;
为了减少列车空气阻力及空气动态力对受电弓的影响,受电弓的底座沉于机车车顶顶面,受电弓的工作高度较小,所以,高速铁路接触导线的高度一般在5300mrn左右。结构高度由所确定的最短吊弦长度决定的,吊弦长时,当承力索和导线材质不同时,因温度变化引起的吊弦斜度小,使锚段内的张力差小,有利于改善弓网受流特性。③跨距及拉出值取决于线路曲线半径、最大风速和经济因素等。考虑安全因素及对受电弓滑板的磨耗,我国高速铁路一般在保证跨中导线在最大风速下均不超过距受电弓中心400mm的条件下,确定跨距长度和拉出值的大小。
锚段长度的确定主要考虑接触导线和承力索的张力增量不宜超过10%,且张力补偿器工作在有效工作范围内。吊弦分布和间距。吊弦分布有等距分布、对数分布、正弦分布等几种形式,为了设计、施工和维护的方便,吊弦分布一般采用最简单的等距分布。确定吊弦间距时,既要考虑改善接触网的弹性,又要考虑经济因素。对高速接触网,简单链形悬挂设预留弛度,弹性链形悬挂不设预留弛度。锚段关节。锚段关节是接触网张力的机械转换关节,是接触网的薄弱环节,其设计和安装质量对受流影响较大,高速接触网一般采用两种形式的锚段关节。安装处理上,尽量缩短接触导线工作支和非工作支同时接触受电弓滑板的长度,降低非工作支的坡度。接触导线的张力。提高接触导线的张力,可以增大波形传播速度,改善受流性能,同时增加了接触网的稳定性。导线张力的确定受导线的拉断力、接触网的安全系数等因素影响。承力索的张力。受接触网的稳定性、载流容量、结构高度、支柱容量等因素影响。提高承力索的张力可以增加接触网的稳定性,但对弓网受流性能影响不大。减少承力索的张力,有利于减少反射系数,承力索的张力受接触网的结构高度的限制,也就是在一定的结构高度上,要保持跨内最短吊弦的长度。
1.3 综合接地技术
降低钢轨电位可采取的技术措施主要有将上下行钢轨充分横向连接;对AT供电方式牵引网,增设公用保护线CPW;对带回流线的直接供电方式牵引网,增设吸上线;利用接触网支柱基础作接地极,把AT供电方式的保护线PW和带回流线的直接供电方式的负馈线NF接地。沿线路增设一条或两条埋地裸导线GW,并与上下行的钢轨、保护线PW或负馈线NF等充分互连。充分利用线路本身和线路旁边的各种建筑、结构基础作自然接地极,将回流网接地。特设集中接地极,将回流网接地。
2 总结
通过对普通接触网与高速电气化铁路接触网相比较,侧重概述高速电气化铁路接触网的优越性以及我国在这方面具有的相关成熟技术。如我国高速铁路接触网采用的受流、客运专线接触网悬挂类型、高速铁路接触网采用的供电方式等。同时又概括地介绍了国外高速接触网的先进技术。
高速电气化铁路与普通铁路相比较,其最大的特点就是要运输量大、运营速度快、安全可靠。接触网和受电弓的安全可靠和经济高效运行,将是制约世界各国铁路发展的最大话题。随着我国高速电气化铁道及客运专线的建设,对接触网相关技术提出了更高的要求。只有妥善解决好高速列车受电弓在与接触网滑行中的各种问题,高速铁路才可以有更大的发展。
[参考文献]
[1]钱立新.世界高速铁路技术.北京:中国铁道出版社,2003.
[2]于万聚,著.高速电气化铁路接触网.西南交通大学出版社,2002年.
关键词:接触网弓网;故障;防治
1.案发事故
通过对国内地铁2004~2010年统计的发生接触网故障看,每年至少发生几次中断部分区段行车30分钟以上的故障,且存在恶化的迹象(见表1)。接触网故障发生会使地铁运营瘫痪,给城市交通带来很大的影响。
表1国内地铁近期接触网故障情况统计表(不完全统计)
2.事故主要原因分析
据深圳地铁几年来柔性接触网故障统计分析,弓网故障肇事原因中接触网方面原因约占71%,中断供电时间则占80%,可见接触网方面的问题是造成弓网故障的主要原因。
2.1接触网方面原因
(1)接触网设计方面
1)分段绝缘器的过渡性能差、重量大,难于调整,对受电弓的碰撞极为严重,造成滑板条被打断或使受电弓横杆抱箍相对转动,被损伤的受电弓往往在线岔处被彻底挂坏。如深圳地铁分段绝缘器消弧棒因拉弧后损坏脱落的现象(见图1)。原因为产品设计不合理,由于地铁接触网电流较大,而分段绝缘器的消弧棒与导流板之间采取点焊连接,车辆运行至分段处拉弧烧融焊点,加之受电弓通过时的机械震动,造成消弧棒脱落。
2)绝缘锚段关节的过渡性能差也是众所周知的现实,有时出现火花和对受电弓的撞击损伤也是司空见惯,人们对其危害似乎已经麻木。受电弓中心部位滑板条的断裂,主要是三相绝缘锚段关节和分段绝缘器摩擦的结果(见图2)。
图1接触网分段绝缘器导角拉弧后损坏脱落 图2受电弓碳条断裂并脱落
3)补偿定滑轮的固定方式难以满足多种条件下的灵活自如。由于角度配置不能保证补偿绳处于同一铅垂面内,所以发生补偿绳从定滑轮上脱出,从而丧失补偿作用,直接影响锚支接触线的高度变化,甚至侵入受电弓工作范围招致弓网事故。如2007年12月2日,深圳地铁竹子林车辆段试车线西侧接触网下锚补偿绳因偏磨断线,导致坠陀落地接触网塌网。
4)隧道内定位管与绝缘子采用螺纹连接,管子车丝后,不仅强度大为减弱,而且镀锌层也遭到破坏,连接处在锈蚀和振动的双重作用下,极易发生疲劳折断。这种连接方式又难以从外观检查出异常,所以隧道内定位管螺丝部分损坏造成的弓网事故也并不少见。
(2)接触网零部件方面
1)承力零部件制造质量低下,运行中发生断裂。例如南京地铁开通运营不到半年地铁接触网设备四起故障两起是因配件质量引起。深圳地铁2005年3月25日因渡线锚段无补偿下锚终端合成绝缘棒断裂导致接触网塌落。
2)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。
3)调整螺栓固定方式不合理,不锈钢线压接存在质量缺陷导致锚段关节导线烧伤。
4)接触网下锚底座安装位置出现偏差,接触网坠砣及补偿绳顺线路方向不能垂直,导致下锚坠砣补偿绳严重磨棘轮。
2.2线路及其维修工作中的不当行为
1)受电弓与接地体放电故障。此类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。
2)线路原因引起弓网故障。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。
3)接触网零部件脱落导致弓网事故突出。据某供电段近10年弓网事故统计表明,零部件脱落占供电责任弓网事故22.88%。零部件脱落主要表现为线岔限制管锈断,线夹破裂,吊弦线夹破损,吊弦烧断,定位线夹破损,中心锚结脱落,弹性吊弦抽脱,分段绝缘器零件松脱,补偿绳抽脱以及开口销锈蚀磨损导致其他零部件脱落等等。这些情况明确告诫我们,维修工作中认真检查零部件的状态是何等重要。
3)安装调整不当。安装时补偿绳脱槽,坠砣卡滞,补偿失灵,下部定位绳下垂、拉出值计算和调整有误、非工作支抬高不足、零部件碰弓、线夹安装偏斜或夹持大面、分段和分相绝缘器调整不当等。
3弓网事故防治对策
3.1工程技术方面
接触网弓网故障点多,但是最关键的部位仍旧是定位部分和道岔部位。
(1)定期测量接触网定位点。
1)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。2)关于接触网重要参数即接触导线的拉出值,在直线处调为±200 mm。随着机车运行速度的不断提高,受电弓的晃动也随之更加剧烈,因此有必要将传统的±300 mm减小100 mm。曲线处拉出值的设计一般为150 mm至400 mm,但我们在曲线半径为350 mm的曲线施工时发现,跨距为35 m,设计拉出值为400 mm,实测值也为400 mm,机车通过跨中时接触导线拉出值不足50 mm。为了增加运行的可靠性,同时减少在曲线处对受电弓的偏磨现象,对于此类问题,建议将两定位点及跨中的拉出值均匀布置。不同曲线半径处的拉出值能否降低100 mm?通过计算,得出以下结论,见表1。
表1:不同曲线半径处的拉出值计算结果
(注:表1跨中偏差数值为:跨距两侧拉出值均为零时的数据)
通过表1的比较,将设计参考值(设计图纸给定的拉出值)降低100 mm之内完全可行。这样将加大施工、检修工艺中的偏差数值,提高接触悬挂的可靠性。4)定位坡度调整应考虑接近上限,即1∶10的坡度。考虑到机车受电弓对接触导线的垂直抬升力,因此定位坡度可在允许范围内适度放大。
(2)防止道岔区刮弓、钻弓故障
1)线岔处两接触线的连线、各部参数都于线路两轨连线平行与否紧密相连,如果两轨连线不水平,而检修一般使用的工具是水平尺加钢尺,一旦施工误差累加轨面不水平因素,势必会造成过大偏差,线岔处的参数就会因两轨不水平而大大偏移。轻则引起受电弓碰导角,重则造成钻弓事故。因此检调线岔时,必须先核对始触点范围内两股道的轨面连线是否水平。2)线岔处始触点的确定。传统教材等专业书籍中提出道岔500 mm处等高,但此始触点偏移较大,因此,调整时往往忽略500 mm之外的情况。通过电脑模拟计算得知:18号道岔的始触点在两导线间距334 mm处,12号道岔的始触点在两导线间距311mm处,9号道岔的始触点在两导线间距283 mm处。参数条件如下:标准定位,相邻跨距拉出值均为;直股300 mm,曲股400 mm,受电弓宽度1 250 mm;列车直股通过。电脑模拟得出如下数据:列车曲股通过时,始触点略大一些。由此可以看出两导线间距279 mm~334 mm的范围内属于受电弓理论上刮、打、碰区域。因此,建议在270 mm至500 mm间着重测量检修,保证两导线连线与两轨连线平行。
(3)防止吊弦、电连接线烧断缠绕受电弓故障
1)采用绝缘吊弦,防止吊弦过流。在其它电气化铁路接触网工程中就采用过这种吊弦。现行的环节吊弦、整体吊弦加一绝缘套即可实现。2)增加电连接的数量。在大取流区段,特别是在坡度较大的区段,减小横向电连接之间的距离。例如包兰线迎水桥至干塘段就出现过在大坡道上按规定数量设置横向电连接而烧断吊弦的事故,增设了横向电连接后,此类故障排除。3)定期更换电连接。考虑运营单位天窗点的合理利用,可将拆下的电连接线及电连接线夹除去氧化膜后,整备下一个更换周期或下一个工作日再行利用。这样可以及早发现电连接线夹内的放电故障。同时电连接线连接处应涂高滴点通用导电膏,提高连接处的紧密程度。
(4)防止接触网材质不良引起的连接、定位零件断裂而造成的弓网故障
1)加强材料质量的检验手段,杜绝不合格材料,进入作业现场。2)加强曲线区段接触悬挂的巡视检查,对小曲线半径区段的连接、定位材料做专门的检查。反定位加装防风支撑,防止因“V”型拉线吊弦线夹断裂而发生打击受电弓现象。
3.2工程管理方面
(1)提高工作人员技术管理水平
由于接触网恶劣的运行环境,这就给工作人员提出了很高的要求,工作人员必须做到以下几点:
1)负责技术、安全、教育的维修管理者必须认真掌握接触网设备的安全关键。2)对弓网故障的分析只坚持一个标准――实事求是。3)定期进行接触网弓网事故的演练,提高接触网工作人员的弓网事故应急处理能力。
(2)建立专业设计队伍和生产厂家
在总的弓网事故中,因接触网零部件质量问题导致弓网事故占有相当的比例。目前,我国正在走接触网设备国产化的道路,但由于起步晚、经验不足,导致一些国产零部件存在工艺粗糙,体积大,质量低等问题。因此,建立专业化接触网零部件设计队伍和专业化接触网零部件制造厂家,改变目前接触网零部件生产混乱的局面,建立权威的接触网零部件检测中心,完善检测手段和标准,是确保的有效途径。
(3)加强对受电弓的研制与改进
随着深圳地铁事业的发展,车辆的种类将越来越多。电弓的研制工作将越来越引起设计和研制部门的关注。如在受电弓上安装弓网动态超限自动检测装置,在发生弓网故障时, 装置能自动切断机车主断路器,使受电弓滑板迅速脱离接触导线,实现快速自动降弓,避免拉网、受电弓损坏和由此引起的长时间运营中断。
4结束语
电气化铁路在世界上的发展已有一百多年的历史,它以其显著的技术和经济上的优越性得到大力发展。链形悬挂方式的柔性接触网在目前仍然占居主要地位,如何有效控制接触网弓网故障,仍旧是一个长期的课题。以上阐述只是在地铁柔性接触网运行工作中总结出的一些适合检修实际的粗浅看法,难免有不妥之处,恳请同行不吝指正,有待于进一步总结和完善。
参考文献
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[5]李健. 接触网拉出值选用对弓网运行关系的改善[J]. 电气化铁道, 2005,(06)
【关键词】弓网故障;原因;危害;预防措施
1 弓网故障及其表现形式
弓网故障一般是指打弓、剐网和剐弓。
弓网故障中的打弓,是指在受电弓运行取流过程中,由于某种原因造成弓、网相碰击,从而使受电弓不能平滑 取流或造成接触网有关零部件损坏、脱落及电力机车受电弓损坏的故障现象。
剐弓,是指接触悬挂状态不良或者是自然的原因,致使电力机车受电弓移位到接触线上部运行,从而造成接触网设备和受电弓损坏的事故现象,即剐弓是由于接触网的原因引起的弓网故障现象。
剐网,是指由于电力机车状态不良,致使受电弓移位到接触线上部运行,从而造成接触网设备和受电弓损坏的弓网故障现象,即剐网是由电力机车受电弓的原因引起的。
2 弓网故障的成因
2.1 供电方面的原因
(1)电力机车受电弓在网下高速滑行通过,以完成接触网向电力机车供电的任务,对接触线的高度、拉出值、定位器的坡度等技术参数有一定的要求。同时还要求接触网弹性均匀。在受电弓滑行取流范围内无低于接触导线的障碍物。这些技术要求的任何一点遭到破坏都可能产生弓网故障。
(2)接触网设计上的缺陷决定了接触网的质量,往往会造成接触网硬伤运行,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造成弓网故障。
(3)接触网检修的缺陷:接触网安装不当,接触线本身不平直而出现小弯或是悬挂零件不符合要求突出接触面时,滑板滑到此处将发生严重碰撞和发生电弧,造成接触网和受电弓的机械损伤和烧伤。
2.2 机务方面的原因
对电力机车受电弓状态不良或缺陷引起的弓网故障,主要从支架和滑板两部分结构加以分析。
(1)支架引起弓网故障的原因:受电弓三角板有裂纹或其他原因造成断裂;升降弓弹簧有裂纹缺陷,运行中折断;受电弓安装位置有误差;受电弓的支架、弹簧安装及调整时,未保证滑板的稳定性、水平度,运行中摆动幅度大引起弓网故障等。
(2)滑板引起弓网故障的原因:使用碳滑板的受电弓,运行中因长时间磨损或与接触线及相关零部件碰击损伤,形成沟豁;滑板使用时间较长,因电弧烧损或氧化,滑板强度下降,通过硬点时滑条被打断;滑板上滑条紧固不牢撬起,卡滞接触线,引起弓网故障等。
2.3 工务方面的原因
接触网与铁路线路关系密切,由于接触网设备的许多参数都是相对于线路为基准而建立的,例如:接触网的支柱侧面限界,拉出值、接触线高度、线岔位置等,都会因铁路线路的变化而变化,从而影响接触网以及电力机车受电弓的取流状态,而发生弓网故障造成行车事故。
2.4 其他原因
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。
3 弓网故障可能造成的后果
电气化铁路列车重量大、惯性大,不可能在事故发生后立即停车。一旦发生弓网故障,可能造成的后果如下:
(1)打坏受电弓滑板。受伤的受电弓继续运行,可能引起弓网相剐事故。
(2)可能造成几个跨距或十几个跨距,甚至几十个跨距的定位和普通吊弦、弹性吊弦被剐坏或剐落,电连接器被剐坏,损坏中心锚结。
(3)造成不同地段接触线线面不同程度的剐伤、弯曲、扭曲;接触悬挂、定位装置上脱落的零部件对机车车辆短路放电,烧断接触线或使承力索烧断股、断线。
(4)站场地段,可能造成线岔损坏,剐伤或剐断下部固定绳及软横跨其他部件。
(5)锚段关节地段,损坏锚段关节并波及相邻两锚段。
(6)造成接触网设备上其他事故隐患。
(7)机车受电弓装置及绝缘子严重损坏或受电弓被剐掉。
4 防止弓网故障的有效措施
(1)电力机车通过受电弓滑板与接触导线接触而接受电能,电力机车运行时,受电弓顶部的滑板应紧贴接触线摩擦滑行取流。在受电弓抬升力作用下,接触线的升高应尽量相等,接触悬挂本身要具有均匀的弹性,不应有“硬点”;接触线距钢轨面高度应尽量相等,不出现陡坡;接触悬挂还应具有良好的稳定性,以便在气象条件变化时,受电弓沿接触线滑行不出现上下的振动,在受风时导线不产生过大的横向摆动。此外,接触悬挂结构及零部件应力求轻巧简单,做到标准化,以便检修和互换,缩短施工及运行维护时间,还需具有一定的抗腐蚀能力和耐磨性,以延长使用年限。
(2)接触网与电力机车是紧密相连的,所以接触网状态直接关系到的受电弓的取流;反之,受电弓的状态也直接影响接触网的安全运行;所以为保证接触网的正常安全运行,供电段应把接触网上的一些结构方式,零部件的名称和作用向电力机车司机宣传、讲解,这样当他们发现接触有异常和某些零部件脱落等问题,我们会得到准确的反馈信息,以便能够及时正确的处理;同样接触网检修人员,也要学习受电弓方面的知识,以便在发生弓网故障时能正确地分析和判断故障的原因,及时消除故障。
(3)对工务部门方面在换轨、换岔、拔轨、起道等作业前应与供电段联系;供电段派配合人员进行监测以上施工,原则上不能因施工导致接触网参数的改变。
(4)从运营部门方面预防弓网故障:首先抓好新设备投入运行前综合整治这一环节,并与施工部门密切协作,共同对验收中现的缺陷进行集中处理,其次在日常检修中,保证零部件状态良好,加强对关键设备的检修、巡视。与机务部门建立互控措施,防止病弓出库运行以及加强对弓网故障的统计分析,不断丰富对弓网故障的认识来完善防止办法。
(5)从电力机车方面预防弓网故障:受电弓的滑板和弓架相连接的三角板应该加强;检查机车时应注意固定滑板条的夹板是否腐蚀,强度如何,滑板碳条是否有断裂、缺口,平整度如何等;其次机车入库时一定要对受电弓绝缘子进行清扫,以防止受电弓支持绝缘子爆炸引起弓网故障;以及在运行中不断积累经验教训,加强对乘务员的培训。
(6)对接触网工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,从而减少弓网故障的发生。
(7)提高接触网检测和检修的技术手段以及加强对受电弓的改进和研制工作。
5 结束语
由于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,因此我们必须从思想上积极主动的提高认识,深刻了解弓网故障的产生原因,这对于电气化铁路安全可靠运行有重要的意义。让我们在借鉴国外先进技术的同时,要不断总结经验,提高治理的技术手段。另外也需要铁路各个部门的共同努力来改善和优化接触网运行的外部环境条件,共同为铁路运输安全保驾护航。
【参考文献】
[1]吴积钦.受电弓与接触网系统[M].成都西南交通大学出版社,2010.
(济南铁路局调度所,山东 济南 250001)
【摘 要】接触网是与高速电气化铁路运营最为直接相关的架空设备,其工作环境恶劣,沿线架设且无备用,是整个牵引供电系统最为薄弱的环节。接触网性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量,最终影响列车的运行速度与安全。因此,接触网历来被视为高速技术的主要难点。本文主要对日本、法国,我国京沪高铁的接触网模式进行介绍和比较。
关键词 高速铁路;接触网;模式;比较
1 悬挂类型比较
高速铁路接触网悬挂类型是接触网设计施工的最基本参数。目前高速铁路接触网大体有三种悬挂类型:复链型悬挂,简单链型悬挂,弹性链型悬挂。
1.1 日本的高速铁路接触网悬挂类型
日本于1964年开通的世界上第一条高速铁路—东京至新大阪的东海道新干线,采用的是复链型悬挂,90年代以前,日本的高速铁路接触网都采用复链型悬挂。但是这种悬挂类型一次性投资太大,而且因为结构复杂、组成零部件太多,导致接触网运营的维修费用高昂,发生事故时抢修难度大、运输中断时间长。再加上近年来日本的国民经济趋于衰退,所以1997年兴建的北陆新干线采用了简单链型悬挂,简单链型悬挂由于结构简单和易于维修保养,显示出较好的应用前景。
1.2 法国的高速铁路接触网悬挂类型
90年代初,法国总结了新干线的经验教训,在大量的理论和试验研究的基础上认为:弹性吊索对于时速超过250km的高速来说意义不是很大,反而成为影响行车安全的因素之一。因此,新建的巴黎~勒芒大西洋新干线采用了简单链型悬挂。简单链型悬挂在弹性性能和稳定受流方面受到一定损失,但是其结构简单,节省了工程造价,维修容易,工作量小,大大节省了维修费用。
1.3 我国京沪高速铁路接触网悬挂类型
京沪高速正线接触网的悬挂类型采用全补偿弹性链型悬挂。全补偿弹性链型悬挂即在锚段中的承力索和接触线两端下锚均装设了张力自动补偿器,同时在支柱悬挂点处安装了弹性吊弦,可减少硬点的出现,使其弹性均匀,有利于机车受电弓取流,弓网极流的动态品质好于简单链型悬挂。高速正线以外的其它线路(联络线、动车组走行线、站线、渡线、动车段线等)因最高运行速度不超过160km/h,仍采用全补偿简单链形悬挂。弹性链型悬挂带有弹性吊索,而弹性吊索的设置需要相当精确的计算和一套严格的施工程序,其调整工作非常麻烦,而且很难进行检测。再加上弹性吊索本身的长度和张力是随着温度发生变化的,要想保证它在各种温度条件下不使附近的接触网变形,是一件相当困难的事情。
1.4 三种悬挂类型的综合比较
1.4.1 从高速受流质量、波动传播速度、多普勒效应、波状磨耗、离线率比较,弹性链型悬挂优于复链型悬挂,简单链型悬挂较差。
1.4.2 从结构复杂程度、工程造价、维修工作量比较,简单链型悬挂优于弹性链型悬挂,复链型悬挂较差。
1.4.3 从弹性均匀、受流稳定性、动态抬升量比较,复链型悬挂优于弹性链型悬挂,简单链型悬挂较差。
运行速度为300-350km/h的高速电气化铁路,其复链型悬挂,弹性链型悬挂,简单链型悬挂三种类型都不具有排他性,选用时只是考虑的侧重点不同。
2 接触线材比较
日本复链型悬挂区段采用的是纯铜或锡铜合金接触线,在简单链悬挂区段采用的是铜覆钢接触线。法国一般采用“预磨耗”型的扁铜接触线或锅铜接触线。京沪高速铁路中正线接触线采用合金含量为镁铜接触导线;正线承力索采用高导电率(80%)铜合金绞线;正馈线、保护线、供电线和回流线等均采用铝包钢芯铝绞线。
3 支持装置比较
日本大部分采用圆形混凝土支柱,而镀锌钢柱主要用在桥上和较大的横梁上,支柱基础一般采用杯形基础类型。站台横跨结构形式一般采用硬横跨结构。腕臂为钢制管材,采用单独的绝缘旋转腕臂形式。
法国大部分采用镀锌工字钢(H型)或槽钢支柱,支柱基础一般采用机械钻孔、混凝土现浇基础类型。站台横跨结构形式以硬横跨结构为主。腕臂为高强度铝合金材料,采用绝缘旋转腕臂形式。
在京沪高速铁路中一般采用H型钢柱。隧道内采用中间吊柱形式支持接触网。腕臂一般采用铝合金管,采用固结式加强型平腕臂形式。
4 补偿装置比较
补偿装置是调整承力索和接触线张力,使其保持恒定的自动装置。日本的高速铁路接触网普遍采用变比鼓轮补偿装置,该装置磨耗小、传动效率高、补偿灵活,但是加工制造和使用较为复杂。法国采用滑轮组补偿装置,这种补偿装置制造相对简单,适用范围较大。京沪高铁接触网张力补偿装置正线接触网采用棘轮补偿方式,而其它线(包括联络线、站线、动车走行线等)采用恒张力弹簧补偿器。棘轮补偿方式有断线制动装置,断线后可以防止坠砣落地,因为只有一个传动轮,磨耗传动效率高,传动效率达到97℅以上。
5 线岔类型比较
在道岔处,连接并固定两条汇交接触线的装置称为线岔。在高速接触网中,由于道岔侧向通过速度的提高,接触网在道岔处无论采用交叉式还是无交叉式,均有了更高的要求,日本前期采用交叉线岔,后改为无交叉线岔。京沪高速铁路道岔处接触网悬挂方式,与正线相交的道岔采用无交叉方式,非正线交叉的道岔采用交叉线岔方式。
6 电分相装置比较
在变电所、分区所出口附近设置接触网电分相装置。日本的高速铁路接触网电分相装置采用地面开关站自动切换过分相方式。其优点是机车不用进行电分相操作,停电时间短,冲击和失速小,而且可以多弓运行。但是这种方式的地面开关设备复杂,造价昂贵,切换过程容易引起真空开关过电压重燃,导致换相失败而发生异相短路。
法国的高速铁路接触网电分相装置采用车上自动切换过分相方式。这种方式充分利用ATC轨道信号回路及机车断路器,不必额外增加其他设备,对高速铁路接触网无特殊要求。其缺点是若机车停在无电区,则需要短时给无电区供电,机车才能驶出。
京沪高速铁路正线电分相采用地面开关自动切换、动车组带电过分相方式;联络线一般采用带中性段空气间隙绝缘、地面点式应答器触发、动车组断电自动过分相方式;为了提高正线列车过分相的可靠性,正线设置点式应答断电过分相装置作为后备,并配置了相关隔离开关。
7 结束语
综上所述,各国的高速铁路接触网模式有所不同,各有所长。鉴于高速铁路运输能力的飞速发展,以及由此带来的巨大的经济效益和社会效益,高速铁路已成为世界各国铁路发展的总趋势,可以预测,随着科学技术水平的进步,高速铁路接触网模式将日益完善,最终趋于标准化。
参考文献
[1]宋新江.高速铁路接触网知识读本[M].中国铁道出版社,2017,07.