引言

電氣化鐵路主要有軌道、電力機(jī)車、牽引供電系統(tǒng)等部分組成。在鐵路電力牽引供電系統(tǒng)中,接觸網(wǎng)是負(fù)責(zé)將牽引變電所中的電能傳輸給電力機(jī)車的重要設(shè)備,最大特點(diǎn)是位于野外且無備用,其質(zhì)量及工作狀態(tài)直接影響著牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及電氣化鐵道的運(yùn)輸能力。然而在接觸網(wǎng)架線施工中,接觸導(dǎo)線工作面扭面問題經(jīng)常出現(xiàn),并未引起足夠重視,而只是進(jìn)行后期校正,既降低工效又影響接觸線的質(zhì)量。本文結(jié)合多條鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線架設(shè)經(jīng)驗(yàn),從導(dǎo)線本身的金屬屬性以及運(yùn)輸、存儲(chǔ)、架設(shè)、調(diào)整等方面,分析了接觸網(wǎng)導(dǎo)線工作面扭面的成因,有針對性地提出了預(yù)防扭面的措施與對策,可以有效減少接觸網(wǎng)弓網(wǎng)事故的發(fā)生,提高牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,為電氣化鐵路運(yùn)輸提供保障。

1工程案例

從時(shí)速60km/h的普速電氣化鐵路,到時(shí)速200km/h的快速鐵路,再到時(shí)速300km/h的高速鐵路,從鋼鋁材質(zhì)接觸線到鎂銅、錫銅、銀銅等合金材質(zhì)接觸線,基于二十多年的接觸線架設(shè)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)以往施工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),筆者發(fā)現(xiàn)普速鐵路接觸網(wǎng)施工中接觸導(dǎo)線工作面扭面發(fā)生率高于客運(yùn)專線和高速鐵路,車站側(cè)線接觸導(dǎo)線扭面發(fā)生率高于正線接觸導(dǎo)線。

歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下:普速鐵路,柳南鐵路電氣化改造工程柳州至黎塘段,設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h,鳳凰站至來賓站區(qū)間正線接觸網(wǎng)28個(gè)錨段,接觸導(dǎo)線扭面13處,來賓站側(cè)線接觸網(wǎng)14個(gè)錨段,接觸導(dǎo)線扭面9處:快速鐵路,新建南寧至廣州鐵路黎塘西至桂平段,設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h(黎塘至根竹段時(shí)速250km/h),黎塘西站至覃塘北站區(qū)間正線接觸網(wǎng)24個(gè)錨段,接觸導(dǎo)線扭面10處,桂平站側(cè)線接觸網(wǎng)9個(gè)錨段,扭面5處:高速鐵路,廣深港客運(yùn)專線廣州南至深圳北段,設(shè)計(jì)時(shí)速300km/h,廣州南站至東涌站區(qū)間正線接觸網(wǎng)24個(gè)錨段,接觸導(dǎo)線扭面9處,深圳北站側(cè)線接觸網(wǎng)15個(gè)錨段,接觸導(dǎo)線扭面8處。

扭面發(fā)生的概率分析:(1)普速鐵路,區(qū)間正線扭面發(fā)生概率46.43%,車站側(cè)線扭面發(fā)生概率64.29%:(2)快速鐵路,區(qū)間正線扭面發(fā)生概率41.67%,車站側(cè)線扭面發(fā)生概率55.56%:(3)高速鐵路,區(qū)間正線扭面發(fā)生概率37.5%,車站側(cè)線扭面發(fā)生概率53.33%。由以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,接觸網(wǎng)導(dǎo)線扭面,在接觸網(wǎng)架設(shè)施工中存在普遍性,工程技術(shù)人員應(yīng)給予重視,分析原因,采取預(yù)防措施。

2接觸線工作面扭面的危害

接觸導(dǎo)線又叫"電車線",是兩側(cè)帶溝槽的圓柱狀硬銅線,溝槽的作用是便于安裝線夾并按技術(shù)要求懸吊接觸線而又不影響受電弓取流,溝槽上面部分俗稱接觸線的小面,溝槽下半部分通常叫作接觸線的大面,工作時(shí)直接與電力機(jī)車受電弓滑板接觸摩擦,稱作接觸線的工作面。接觸線工作面扭面,是指接觸導(dǎo)線大面偏斜,安裝吊弦后吊弦線夾不垂直于軌道平面。接觸導(dǎo)線扭面會(huì)造成長期接觸線偏磨,影響接觸線的使用壽命。當(dāng)接觸導(dǎo)線扭面問題嚴(yán)重時(shí),高速行駛的電力機(jī)車受電弓容易碰到接觸線上的線夾,出現(xiàn)"打弓"事故,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起"剮弓",對電力機(jī)車受電裝置造成破壞,甚至將受電弓剮掉,打壞電力機(jī)車受電弓絕緣子及其他部件,同時(shí)也會(huì)造成長距離、大范圍接觸網(wǎng)破壞停電。當(dāng)損壞的接觸網(wǎng)對地放電時(shí),短路電流可能會(huì)燒毀吸流變壓器、吸上線等其他接觸網(wǎng)設(shè)備。另外,事故發(fā)生后恢復(fù)供電的工作量大,搶修時(shí)間長,會(huì)造成嚴(yán)重的供電中斷事故,給鐵路運(yùn)輸特別是在繁忙的干線鐵路帶來嚴(yán)重的不利影響。

3接觸導(dǎo)線工作面扭面成因分析

根據(jù)對多條線路接觸導(dǎo)線架設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)以及對接觸線金屬本身屬性的分析,接觸線扭面有的是在存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中形成的,有的是在施工生產(chǎn)過程中形成的。形成接觸導(dǎo)線工作面扭面的原因可總結(jié)為兩大類:一類是金屬接觸導(dǎo)線本身在蠕變應(yīng)力的作用下發(fā)生蠕變形變,另一類是在施工過程中操作或采取的施工工藝不當(dāng)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中形成。接觸導(dǎo)線在生產(chǎn)制造時(shí),在線盤上纏繞不規(guī)范,導(dǎo)線端頭固定不牢或未按要求固定,在運(yùn)輸過程中發(fā)生扭面:或者是未配盤使用的接觸導(dǎo)線在使用后剩余部分未按要求在線盤上纏繞固定,存放期間在金屬蠕變應(yīng)力作用下發(fā)生金屬蠕變形變,又沒有采取措施對接觸導(dǎo)線工作面加以約束和限制,造成接觸導(dǎo)線扭面。

(2)采取不當(dāng)?shù)募芫€工藝形成。包括車站側(cè)線采用人工架線,或帶張力架線時(shí)架線車行車速度不勻,架線車受其他原因影響中途多次停車、急劇啟動(dòng)或停車,或車站架設(shè)接觸線穿線等原因,引起接觸導(dǎo)線劇烈抖動(dòng),導(dǎo)致扭面。

(3)對架設(shè)的接觸導(dǎo)線未進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。接觸導(dǎo)線架設(shè)完成后長時(shí)間擱置,未及時(shí)安裝定位器控制金屬導(dǎo)線蠕變對接觸線線面的影響,造成接觸導(dǎo)線扭面變形[2]。

(4)管理及作業(yè)人員的因素。接觸導(dǎo)線調(diào)整作業(yè)前,沒有針對性地進(jìn)行技術(shù)交底,對作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),使定位器安裝前接觸線"找面"工作方法不正確:或者"找面"作業(yè)人員精力不集中,責(zé)任心不強(qiáng),工作上產(chǎn)生差錯(cuò),人為造成接觸線扭面。

4接觸導(dǎo)線扭面的預(yù)防措施

根據(jù)導(dǎo)線扭面的不同成因,結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際,應(yīng)針對性采取技術(shù)措施,盡最大可能消除或減少接觸導(dǎo)線扭面,預(yù)防由于導(dǎo)線扭面引起的接觸線線夾"打弓"事故,避免出現(xiàn)接觸網(wǎng)供電故障或供電中斷事故。

4.1從材料進(jìn)場源頭控制

針對原因(1):接觸導(dǎo)線的進(jìn)場驗(yàn)收,除按規(guī)定的流程和驗(yàn)收程序檢查驗(yàn)收項(xiàng)目外[3],還應(yīng)對引起接觸導(dǎo)線扭面的情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查,檢查內(nèi)容主要包括接觸線表面光滑、清潔,不應(yīng)有硬彎、扭曲、裂紋、擦傷等缺陷,接觸線大圓弧面(工作面)應(yīng)面向盤芯整齊緊密地纏繞在線盤上,每一層的匝間不應(yīng)有空隙,不應(yīng)有扭轉(zhuǎn)、交叉、跳線現(xiàn)象,接觸線起始端應(yīng)伸出線盤側(cè)板固定在線盤外側(cè),接觸線尾端應(yīng)固定在線盤側(cè)板內(nèi)側(cè)。在驗(yàn)收過程中,發(fā)現(xiàn)存在問題,不滿足上述要求的,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,請廠家到現(xiàn)場處理,嚴(yán)重者責(zé)令材料退場,從源頭上保證接觸導(dǎo)線質(zhì)量。接觸導(dǎo)線到貨后在長時(shí)間存放過程中,應(yīng)避免接觸導(dǎo)線在蠕變應(yīng)力作用下發(fā)生工作面扭面,保障施工生產(chǎn)正常使用。另外一種情況,接觸導(dǎo)線未配盤使用,比如備用接觸導(dǎo)線,一般按最長錨段長度采購,在其他導(dǎo)線損壞或被盜后做備用。當(dāng)備用導(dǎo)線部分被使用后,剩余部分應(yīng)在線盤上采用一定張力纏繞,匝間不應(yīng)有空隙,不扭轉(zhuǎn)、不交叉,將尾部端頭在線盤側(cè)板上固定牢固,導(dǎo)線外層采用防水材料進(jìn)行包裹[1],以備下次能正常使用。

4.2采用恒張力或小張力架線施工工藝

針對原因(2):為避免因接觸網(wǎng)導(dǎo)線在架設(shè)作業(yè)中出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)引起接觸導(dǎo)線工作面發(fā)生扭面,宜采用恒張力或小張力架線作業(yè),禁止不帶張力進(jìn)行架線作業(yè)。嚴(yán)格執(zhí)行恒張力(或小張力)架線作業(yè)施工流程:作業(yè)準(zhǔn)備、起錨、加線、落錨、檢查、結(jié)束。架線作業(yè)前,提前做好線路使用計(jì)劃,征得線路管理部門批準(zhǔn),避免與其他單位交叉使用線路:檢查承力索及承力索中心錨結(jié)是否已安裝到位,曲線區(qū)段、轉(zhuǎn)換柱處的支柱裝配是否采取了臨時(shí)加固措施,滿足架線條件:架線作業(yè)必須運(yùn)行平穩(wěn),不得急劇啟動(dòng)或停車,行駛速度不超過5km/h,減少架線作業(yè)車運(yùn)行途中隨意停車現(xiàn)象:作業(yè)平臺應(yīng)牢固可靠,升降靈活、平穩(wěn),操作方便。采用小張力放線,放線架穩(wěn)固,制動(dòng)平穩(wěn)、可靠,放線張力可控,根據(jù)導(dǎo)線材質(zhì)、線型確定放線張力,一般控制在1.7~3kN。

4.3導(dǎo)線架設(shè)完成及時(shí)安裝定位器

針對原因(3):根據(jù)調(diào)查研究,接觸導(dǎo)線架設(shè)后的48h是導(dǎo)線在蠕變應(yīng)力作用下蠕變形變速率下降最快的階段,隨著時(shí)間的增長導(dǎo)線蠕變形變速率變低,導(dǎo)線蠕變形變逐漸穩(wěn)定。因此,在這一階段將接觸導(dǎo)線調(diào)整到位,及時(shí)安裝定位器,容易控制導(dǎo)線蠕變形變扭面。一旦長時(shí)間擱置,接觸導(dǎo)線因蠕變應(yīng)力發(fā)生扭面,必須采取后校正的方法對接觸線線面進(jìn)行校正,才能滿足電力機(jī)車受電弓取流對線面的要求。對接觸線線面的控制,主要是在接觸線調(diào)整過程中通過安裝定位器、整體吊弦來實(shí)現(xiàn)。定位器安裝時(shí)應(yīng)先安裝接觸線中心錨結(jié),然后從中心錨結(jié)開始向兩端接觸線下錨方向捋正接觸線線面,看是否有扭面現(xiàn)象,一旦發(fā)現(xiàn)扭面立即進(jìn)行校正。

4.4改進(jìn)施工方法,加強(qiáng)作業(yè)人員教育培訓(xùn)、提高人員素質(zhì)

針對原因(4):接觸線調(diào)整作業(yè)前由工程技術(shù)人員給作業(yè)班組進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底,明確工藝流程、作業(yè)方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng),加強(qiáng)作業(yè)人員思想教育培訓(xùn),使其提高意識,進(jìn)行規(guī)范化作業(yè)。同時(shí)采取技術(shù)措施,改進(jìn)施工方法,提高施工安裝作業(yè)精準(zhǔn)度。比如,定位安裝前的"找面"工作,傳統(tǒng)做法是作業(yè)人員從接觸線中心錨結(jié)處開始,靠眼看、手摸向下錨方向進(jìn)行導(dǎo)線"找面",當(dāng)導(dǎo)線面3609扭轉(zhuǎn)后,作業(yè)人員一旦精力不集中,會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為線面正確,導(dǎo)致后序工作徒勞。為避免出現(xiàn)"找面"錯(cuò)誤,改進(jìn)施工方法,用工具代替手摸、眼看。例如:在架設(shè)好的導(dǎo)線上安裝一個(gè)可以順導(dǎo)線滑動(dòng)的定位線夾,用手握住定位線夾順導(dǎo)線向下錨方向進(jìn)行"找面",既準(zhǔn)確又快速。

5接觸導(dǎo)線扭面整治

造成接觸線扭面的因素多,很難絕對避免。當(dāng)出現(xiàn)接觸導(dǎo)線扭面問題后,必須采取有效的校正措施方能滿足電力機(jī)車受電弓取流對接觸導(dǎo)線的要求。接觸導(dǎo)線扭面校正,所需工具車輛主要有作業(yè)車(或梯車)、接觸線扭面器,校正分兩種情況進(jìn)行。

(1)工作支接觸線扭面的校正:接觸線線面校正應(yīng)從中心錨結(jié)開始,當(dāng)線面扭轉(zhuǎn)幅度不大時(shí),在接觸線扭面處一端5m處用一個(gè)接觸線扭面器卡住線面,保持不動(dòng),另一個(gè)接觸線扭面器在扭面處卡住接觸線向反方向扭轉(zhuǎn),慢慢將導(dǎo)線扳平,然后松開觀察,如果導(dǎo)線面未校正過來,按同樣的方法加大力度再校正一次,直到線面扭正為止。當(dāng)接觸線扭轉(zhuǎn)幅度較大且距離較遠(yuǎn)時(shí),在接觸線扭面處一端5m遠(yuǎn)處,用一個(gè)導(dǎo)線扭面器卡住線面并保持不動(dòng),另一個(gè)導(dǎo)線接觸線扭面器反方向旋轉(zhuǎn)3609,然后再松開觀察線面是否已校正,依次向前挪動(dòng),直到線面完全平正順直。導(dǎo)線線面校正完畢應(yīng)及時(shí)安裝定位器、吊弦等部件。吊弦安裝后,應(yīng)保證吊弦線夾垂直且無碰觸電力機(jī)車受電弓的隱患。

(2)非工作支接觸線扭面的校正:非工作支接觸線,處于受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線以外,電力機(jī)車受電弓通過時(shí)不接觸受電弓滑板。因此,當(dāng)扭面問題不嚴(yán)重,且靠近接觸線工作區(qū)域時(shí)可采用上述工作支接觸線扭面校正的方法進(jìn)行校正。當(dāng)扭面比較嚴(yán)重且位于下錨跨距內(nèi)時(shí),為避免線面校正損傷接觸線,可以采用承力索吊弦線替代接觸線吊弦線夾的方法對接觸線進(jìn)行懸吊,不再進(jìn)行線面校正。

6結(jié)語

電氣化鐵路已進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段,成為我國主要的運(yùn)輸牽引方式,其擔(dān)負(fù)的運(yùn)輸任務(wù)越來越重,安全運(yùn)行的意義也非常之大。在保證電氣化鐵路安全運(yùn)行的過程中,保障接觸網(wǎng)的安全至關(guān)重要,因?yàn)榻佑|網(wǎng)負(fù)責(zé)向全線輸送電能,運(yùn)行條件惡劣,且無備用,一旦出現(xiàn)供電故障就會(huì)中斷行車。為此,要保證接觸網(wǎng)的良好工作狀態(tài),就應(yīng)從細(xì)微之處做起,發(fā)現(xiàn)問題查找原因,改善施工工藝,采取針對性的技術(shù)措施預(yù)防控制,消除不安全因素,減少各類弓網(wǎng)事故,保持牽引供電系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行,為電氣化鐵路正常運(yùn)營創(chuàng)造有利條件。