接触网导线工作面扭面问题的预防与整治

引言

电气化铁路主要有轨道、电力机车、牵引供电系统等部分组成。在铁路电力牵引供电系统中,接触网是负责将牵引变电所中的电能传输给电力机车的重要设备,最大特点是位于野外且无备用,其质量及工作状态直接影响着牵引供电系统的稳定性及电气化铁道的运输能力。然而在接触网架线施工中,接触导线工作面扭面问题经常出现,并未引起足够重视,而只是进行后期校正,既降低工效又影响接触线的质量。本文结合多条铁路接触网导线架设经验,从导线本身的金属属性以及运输、存储、架设、调整等方面,分析了接触网导线工作面扭面的成因,有针对性地提出了预防扭面的措施与对策,可以有效减少接触网弓网事故的发生,提高牵引供电系统的稳定性,为电气化铁路运输提供保障。

1工程案例

从时速60km/h的普速电气化铁路,到时速200km/h的快速铁路,再到时速300km/h的高速铁路,从钢铝材质接触线到镁铜、锡铜、银铜等合金材质接触线,基于二十多年的接触线架设经验,根据以往施工统计数据,笔者发现普速铁路接触网施工中接触导线工作面扭面发生率高于客运专线和高速铁路,车站侧线接触导线扭面发生率高于正线接触导线。

历史统计数据如下:普速铁路,柳南铁路电气化改造工程柳州至黎塘段,设计时速120km/h,凤凰站至来宾站区间正线接触网28个锚段,接触导线扭面13处,来宾站侧线接触网14个锚段,接触导线扭面9处:快速铁路,新建南宁至广州铁路黎塘西至桂平段,设计时速200km/h(黎塘至根竹段时速250km/h),黎塘西站至覃塘北站区间正线接触网24个锚段,接触导线扭面10处,桂平站侧线接触网9个锚段,扭面5处:高速铁路,广深港客运专线广州南至深圳北段,设计时速300km/h,广州南站至东涌站区间正线接触网24个锚段,接触导线扭面9处,深圳北站侧线接触网15个锚段,接触导线扭面8处。

扭面发生的概率分析:(1)普速铁路,区间正线扭面发生概率46.43%,车站侧线扭面发生概率64.29%:(2)快速铁路,区间正线扭面发生概率41.67%,车站侧线扭面发生概率55.56%:(3)高速铁路,区间正线扭面发生概率37.5%,车站侧线扭面发生概率53.33%。由以上统计数据可以看出,接触网导线扭面,在接触网架设施工中存在普遍性,工程技术人员应给予重视,分析原因,采取预防措施。

2接触线工作面扭面的危害

接触导线又叫"电车线",是两侧带沟槽的圆柱状硬铜线,沟槽的作用是便于安装线夹并按技术要求悬吊接触线而又不影响受电弓取流,沟槽上面部分俗称接触线的小面,沟槽下半部分通常叫作接触线的大面,工作时直接与电力机车受电弓滑板接触摩擦,称作接触线的工作面。接触线工作面扭面,是指接触导线大面偏斜,安装吊弦后吊弦线夹不垂直于轨道平面。接触导线扭面会造成长期接触线偏磨,影响接触线的使用寿命。当接触导线扭面问题严重时,高速行驶的电力机车受电弓容易碰到接触线上的线夹,出现"打弓"事故,严重时还会引起"剐弓",对电力机车受电装置造成破坏,甚至将受电弓剐掉,打坏电力机车受电弓绝缘子及其他部件,同时也会造成长距离、大范围接触网破坏停电。当损坏的接触网对地放电时,短路电流可能会烧毁吸流变压器、吸上线等其他接触网设备。另外,事故发生后恢复供电的工作量大,抢修时间长,会造成严重的供电中断事故,给铁路运输特别是在繁忙的干线铁路带来严重的不利影响。

3接触导线工作面扭面成因分析

根据对多条线路接触导线架设施工经验的总结以及对接触线金属本身属性的分析,接触线扭面有的是在存储、运输过程中形成的,有的是在施工生产过程中形成的。形成接触导线工作面扭面的原因可总结为两大类:一类是金属接触导线本身在蠕变应力的作用下发生蠕变形变,另一类是在施工过程中操作或采取的施工工艺不当。具体体现在以下几个方面:

(1)存储、运输过程中形成。接触导线在生产制造时,在线盘上缠绕不规范,导线端头固定不牢或未按要求固定,在运输过程中发生扭面:或者是未配盘使用的接触导线在使用后剩余部分未按要求在线盘上缠绕固定,存放期间在金属蠕变应力作用下发生金属蠕变形变,又没有采取措施对接触导线工作面加以约束和限制,造成接触导线扭面。

(2)采取不当的架线工艺形成。包括车站侧线采用人工架线,或带张力架线时架线车行车速度不匀,架线车受其他原因影响中途多次停车、急剧启动或停车,或车站架设接触线穿线等原因,引起接触导线剧烈抖动,导致扭面。

(3)对架设的接触导线未进行及时调整。接触导线架设完成后长时间搁置,未及时安装定位器控制金属导线蠕变对接触线线面的影响,造成接触导线扭面变形[2]。

(4)管理及作业人员的因素。接触导线调整作业前,没有针对性地进行技术交底,对作业人员进行技术培训,使定位器安装前接触线"找面"工作方法不正确:或者"找面"作业人员精力不集中,责任心不强,工作上产生差错,人为造成接触线扭面。

4接触导线扭面的预防措施

根据导线扭面的不同成因,结合现场生产实际,应针对性采取技术措施,尽最大可能消除或减少接触导线扭面,预防由于导线扭面引起的接触线线夹"打弓"事故,避免出现接触网供电故障或供电中断事故。

4.1从材料进场源头控制

针对原因(1):接触导线的进场验收,除按规定的流程和验收程序检查验收项目外[3],还应对引起接触导线扭面的情况进行重点检查,检查内容主要包括接触线表面光滑、清洁,不应有硬弯、扭曲、裂纹、擦伤等缺陷,接触线大圆弧面(工作面)应面向盘芯整齐紧密地缠绕在线盘上,每一层的匝间不应有空隙,不应有扭转、交叉、跳线现象,接触线起始端应伸出线盘侧板固定在线盘外侧,接触线尾端应固定在线盘侧板内侧。在验收过程中,发现存在问题,不满足上述要求的,应根据实际情况,请厂家到现场处理,严重者责令材料退场,从源头上保证接触导线质量。接触导线到货后在长时间存放过程中,应避免接触导线在蠕变应力作用下发生工作面扭面,保障施工生产正常使用。另外一种情况,接触导线未配盘使用,比如备用接触导线,一般按最长锚段长度采购,在其他导线损坏或被盗后做备用。当备用导线部分被使用后,剩余部分应在线盘上采用一定张力缠绕,匝间不应有空隙,不扭转、不交叉,将尾部端头在线盘侧板上固定牢固,导线外层采用防水材料进行包裹[1],以备下次能正常使用。

4.2采用恒张力或小张力架线施工工艺

针对原因(2):为避免因接触网导线在架设作业中出现剧烈抖动引起接触导线工作面发生扭面,宜采用恒张力或小张力架线作业,禁止不带张力进行架线作业。严格执行恒张力(或小张力)架线作业施工流程:作业准备、起锚、加线、落锚、检查、结束。架线作业前,提前做好线路使用计划,征得线路管理部门批准,避免与其他单位交叉使用线路:检查承力索及承力索中心锚结是否已安装到位,曲线区段、转换柱处的支柱装配是否采取了临时加固措施,满足架线条件:架线作业必须运行平稳,不得急剧启动或停车,行驶速度不超过5km/h,减少架线作业车运行途中随意停车现象:作业平台应牢固可靠,升降灵活、平稳,操作方便。采用小张力放线,放线架稳固,制动平稳、可靠,放线张力可控,根据导线材质、线型确定放线张力,一般控制在1.7~3kN。

4.3导线架设完成及时安装定位器

针对原因(3):根据调查研究,接触导线架设后的48h是导线在蠕变应力作用下蠕变形变速率下降最快的阶段,随着时间的增长导线蠕变形变速率变低,导线蠕变形变逐渐稳定。因此,在这一阶段将接触导线调整到位,及时安装定位器,容易控制导线蠕变形变扭面。一旦长时间搁置,接触导线因蠕变应力发生扭面,必须采取后校正的方法对接触线线面进行校正,才能满足电力机车受电弓取流对线面的要求。对接触线线面的控制,主要是在接触线调整过程中通过安装定位器、整体吊弦来实现。定位器安装时应先安装接触线中心锚结,然后从中心锚结开始向两端接触线下锚方向捋正接触线线面,看是否有扭面现象,一旦发现扭面立即进行校正。

4.4改进施工方法,加强作业人员教育培训、提高人员素质

针对原因(4):接触线调整作业前由工程技术人员给作业班组进行详细技术交底,明确工艺流程、作业方法、技术标准及注意事项,加强作业人员思想教育培训,使其提高意识,进行规范化作业。同时采取技术措施,改进施工方法,提高施工安装作业精准度。比如,定位安装前的"找面"工作,传统做法是作业人员从接触线中心锚结处开始,靠眼看、手摸向下锚方向进行导线"找面",当导线面3609扭转后,作业人员一旦精力不集中,会错误地认为线面正确,导致后序工作徒劳。为避免出现"找面"错误,改进施工方法,用工具代替手摸、眼看。例如:在架设好的导线上安装一个可以顺导线滑动的定位线夹,用手握住定位线夹顺导线向下锚方向进行"找面",既准确又快速。

5接触导线扭面整治

造成接触线扭面的因素多,很难绝对避免。当出现接触导线扭面问题后,必须采取有效的校正措施方能满足电力机车受电弓取流对接触导线的要求。接触导线扭面校正,所需工具车辆主要有作业车(或梯车)、接触线扭面器,校正分两种情况进行。

(1)工作支接触线扭面的校正:接触线线面校正应从中心锚结开始,当线面扭转幅度不大时,在接触线扭面处一端5m处用一个接触线扭面器卡住线面,保持不动,另一个接触线扭面器在扭面处卡住接触线向反方向扭转,慢慢将导线扳平,然后松开观察,如果导线面未校正过来,按同样的方法加大力度再校正一次,直到线面扭正为止。当接触线扭转幅度较大且距离较远时,在接触线扭面处一端5m远处,用一个导线扭面器卡住线面并保持不动,另一个导线接触线扭面器反方向旋转3609,然后再松开观察线面是否已校正,依次向前挪动,直到线面完全平正顺直。导线线面校正完毕应及时安装定位器、吊弦等部件。吊弦安装后,应保证吊弦线夹垂直且无碰触电力机车受电弓的隐患。

(2)非工作支接触线扭面的校正:非工作支接触线,处于受电弓动态包络线以外,电力机车受电弓通过时不接触受电弓滑板。因此,当扭面问题不严重,且靠近接触线工作区域时可采用上述工作支接触线扭面校正的方法进行校正。当扭面比较严重且位于下锚跨距内时,为避免线面校正损伤接触线,可以采用承力索吊弦线替代接触线吊弦线夹的方法对接触线进行悬吊,不再进行线面校正。

6结语

电气化铁路已进入一个崭新的发展阶段,成为我国主要的运输牵引方式,其担负的运输任务越来越重,安全运行的意义也非常之大。在保证电气化铁路安全运行的过程中,保障接触网的安全至关重要,因为接触网负责向全线输送电能,运行条件恶劣,且无备用,一旦出现供电故障就会中断行车。为此,要保证接触网的良好工作状态,就应从细微之处做起,发现问题查找原因,改善施工工艺,采取针对性的技术措施预防控制,消除不安全因素,减少各类弓网事故,保持牵引供电系统正常稳定运行,为电气化铁路正常运营创造有利条件。