电气化铁道接触网事故分析.doc

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要】电气化铁道有着运营成本低，能合理、综合利用能源等优点。但是电气化铁道供电的核心系统接触网的特点是“露天设备，没有备用”，所以一旦发生设备事故，无论是对设备，还是对铁路运输都将造成严重的后果。通过对兰州至武威既有电气化铁路及新增二线电气化铁路改造中出现的接触网弓网故障、主导电回路故障、电气连接故障、架空地线分流及电位差故障等案例进行分析，从弓网关系、导电回路等的源头入手，分析造成接触网事故产生的各种因素，并提出预防和减少接触网事故的措施。【关键词】电气化铁路 接触网 故障 分析1 绪 论1.1 电气化铁路概述采用电力机车牵引列车的铁路称为电气化铁路，它是在19世纪70年代末的欧洲最早出现的。早期的电气化铁路多采用直流供电方式，电压等级较低，需要设置整流设备，不利于长距离的铁路干线。目前国际上普遍采用比较先进的单相工频交流制电气化铁路，它便于升压和减少电能的损耗，使电力牵引质量大步提高。随着高新技术的发展及能源资源的不断匮乏，低能耗、高效率、高速度的电力牵引目前已成为世界各国铁路的发展趋势，同时电气化铁路在地铁及城市轨道交通领域也开始大面积使用。电气化铁路所具有的节能、环保和动力性强，被世界各国列为重点发展的绿色交通方式。我国第一条电气化铁路是始建于1958年宝成铁路的宝鸡至凤州段，近年来，我国电气化铁路建设加快发展步伐，改革开放30年共建成开通电气化铁路干线24万余正线公里，是前20年的24倍。并且开通了运行速度居世界运营铁路第一位的高速铁路京津城际铁路。目前，全国铁路电气化率达到32.7，承担了全部客货运量的50，经济效益和社会效益十分显著。根据综合交通网中长期发展规划，到2020年，我国铁路营业里程将达到12万公里以上，其中电气化铁路比重将达到60。1.2 电气化铁路的组成由于电力机车本身不携带能源，机车所使用的电能是由铁路电力牵引供电系统提供的，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成的。电气化铁路牵引供电系统的作用是将来自高压输电线路的高电压经牵引变电所降压整流后，送至铁路上方的接触网上，电气机车通过其顶部的受电弓与接触网接触取电，牵引机车运行。因此牵引供电系统一般分成牵引变电所和接触网两部分。所以人们又称电力机车、牵引变电所、接触网为电气化铁道的“三大元件”。它由牵引变电所、馈电线、接触网、钢轨和回流线等组成。电气化铁路供电系统主要工作原理如下图11所示。图11 电气化铁路供电系统示意图 1输电线；2牵引变电所；3馈电线4接触网；5电力机车；6、钢轨；7回流线12374561.2.1 电力机车电力机车靠其顶部升起的受电弓直接与接触网导线接触获取电能。每台电力机车前后各有一个受电弓，由司机控制其升降。受电弓升起工作时，以一定的接触压力紧贴接触导线摩擦滑行，将电能引入机车电气装置并经变压、整流后供给机车使用。电力机车受电弓直接从接触导线上滑行取流，受电弓顶部的滑板紧贴接触线，滑板固定在托架上，受电弓滑板根据接触导线的材质不同选取不同的材质，我国主要使用炭滑板和钢滑板两种。受电弓的最大工作范围为1250mm，允许工作范围为950mm。受电弓的滑板结构如下图12所示。1250mm400426图12 受电弓滑板构造图1滑板板条；2滑板12由于受电弓是电力机车取得电源的唯一通道，又由于受电弓是通过与接触网导线摩擦接触滑行取流的，因此，受电弓质量的好坏、受电弓工作范围的大小等因素将直接决定电力机车运行是否正常。1.2.2 牵引变电所牵引变电所的主要任务是将电力系统送来的三相高压电能进行降压，变换成27.5kv的电相电，以单相供电方式经馈电线送到接触网上，从而供给电力机车。电力系统的三相电改变为单相电是通过牵引变电所的电气接线来实现的，我国目前主要使用的牵引变压器有三相式、三相二相式及单相式三种类型。三相式变压器线圈接成星形三角形连接组，连接标号为Y，d11，次边为三角形。三角形的一角与钢轨和接地网连接，另两角接至接触网上，使接触网对地为单相。单相变电所一般采用两台单相变压器联成开口三角形接线，俗称V/V接线，目前我国尚未大量采用。近年来我国引进了AT供电方式，接线方式称为斯科特接线或伍得布里奇接线，这种变电所称为三相二相变电所，这种方式将变压器次边电压提高到55kv，形成防止接触网对附近通信线路产生干扰得接线形势。由于牵引变电所担负着电能转换及给机车供电的双重角色，一旦发生故障将影响电气化铁路运行。它是电气化铁路的重要组成部分。1.2.3 接触网（1） 接触网的特点接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路，是电气化铁道中的主要供电装置之一，其功用是通过它与受电弓的直接接触，而将电能传送给电力机车。随着电压的提高、运输量的增大、技术的不断改进以及对人身安全的严格要求等，使接触网的结构逐渐发展成为目前广泛采用的架空式接触网。接触网是一种露天设置，没有备用的户外供电装置，经常受冰、霜、风等恶劣气象条件的影响，一旦损坏将中断行车，给铁路运输带来巨大损失。因此，一个好的接触网应满足以下基本要求：1.接触网悬挂应弹性均匀、即悬挂点间的导线在受电弓抬升力的作用下，接触线的升高应尽量相等，且接触线在悬挂点间应无硬点存在。以保证受电弓的正常取流。2.接触线对轨面的高度应尽量相等，若受悬挂条件限制时，接触线高度变化应避免出现陡坡。3.接触网在受电弓压力及风力等作用下应有良好的稳定性，即电力机车运行取流时，接触线不发生剧烈的上、下振动。在风力作用下不发生过大的横向摆动。4.接触网的结构及零件应力求轻巧简单，做到标准化，以便检修和互换，缩短施工与运营维护时间。5.接触网应具有一定的抗腐蚀能力和耐磨性，以延长使用寿命。6.接触网的建设应注意节约有色金属及其它贵重材料，以降低造价。（2） 接触网的组成架空式接触网从结构形式上分为以下几个组成部分:一、接触悬挂：包括承力索、吊弦、接触导线。与电力机车受电弓直接接触的是接触导线。二、支持装置：包括腕臂、拉杆和绝缘子。用以支持接触悬挂并将其负荷传给支柱或其他建筑物的结构。三、定位装置：包括定位器和定位管。其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平负荷传给支柱。四、支柱和基础：用以承受接触悬挂和支持装置的负荷，并将接触悬挂固定在规定高度。（3） 接触网的悬挂类型为满足接触网的供电和机械方面的要求，在一条电气化铁路上总是将接触网分成若干个一定长度且相互独立的分段，即接触网的锚段。对于架空式接触网的每个锚段而言，为保证接触网的弹性，保证接触网能可靠的向电力机车输送电能，根据接触网的结构特点将其分为简单悬挂和链形悬挂两大类。简单悬挂是由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形势，由于简单悬挂的接触导线张力和驰度随气温的变化较大，导线的弹性不均匀，不利于电力机车高速运行取流。链形悬挂是一种运行性能较好的悬挂形式，它的特点是接触导线通过吊弦悬挂在承力索上，承力索悬挂在支持装置的腕臂上，从而使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调整吊弦长度使接触线在整个跨距内对轨面的高度基本保持一致。减少了接触线在跨距中的驰度，改善了接触网的弹性，提高了稳定性，从而满足电力机车高速运行取流的要求。（4） 接触网的供电方式我国牵引网向电力机车的供电方式主要有：直接供电（DF）方式、带回流线的直接供电（DN）方式、自耦变压器（AT）供电方式、吸流变压器（BT）供电方式等。直接供电方式：是将从牵引变电所输出的电能,直接通过接触网供应给电力机车,而回归电流则通过轨回流、大地回流回到牵引变电所。带回流线的直接供电方式：为了保留直接供电方式的优点，克服其不足，在其结构上增设与轨道并联的架空回流线，就成为带回流线的直接供电方式。自耦变压器供电方式：它不但是电气化铁路减轻对临近通信线路的干扰影响的有效措施之一，而对牵引供电系统有较好的技术经济指标，已被许多发展电气化铁路的国家研究和采用。吸流变压器供电方式：它是在牵引网中每相距1.5km4km间隔，设置一台变比为1：1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网中，二次线圈串接在回流中或串接在轨道中，从而有效减轻电磁场对临近通信线路的干扰。由于电气化铁路具有的上述复杂的组成及多种结构，尤其在接触网表现突出，由于工作环境、设备所处的位置的差异以及电力机车牵引的相关性，接触网故障的危害程度更大，不但会中断供电，且往往造成弓网故障，使之范围扩大，严重地影响着运输秩序。因此研究电气化铁路的各种结构特点，掌握其运行规律，尽可能减少设备故障就显得尤为重要。 从兰武二线电气化改造工程中存在的接触网弓网故障、导电回路故障等方面入手分析接触网故障产生的原因，探讨预防故障的方法，通过预防尽可能的减少故障，确保列车有效运行。2 兰武二线接触网弓网故障2.1 弓网故障的危害性电气化铁路接触网是一种看似简单，实则复杂的特殊装置。是由电学、力学、自然科学等多种学科所组成的庞大的科学体系。其各种装配上百种，各种零件上千种；与铁路各部门都有自然、必然的联系，其所发生的事故也多种多样。在整个兰武二线改造期间，既有接触网、新开通接触网曾多次发生接触网故障，给铁路运营造成很大影响，其中以弓网故障发生的频次最多。在众多的接触网设备事故中，破坏范围最大、危害性最大、停电时间最长、处理恢复最难的事故也数弓网事故，因此不管作为施工单位，运营维修部门的供电段、机务段，还是作为业务主管部门的机务分处、机务处，乃至铁道部机务局均把弓网事故列为牵引供电事故的头号大敌，有的铁路局还把弓网事故列为行车事故，可见对弓网事故的重视程度。2.2 弓网故障的发生原因弓网事故发生的原因很多，总结分析弓网事故中，70%的事故是由于接触网状态不良引起的，由于机车受电弓状态不良引起的占20%，其余10%是由于线路及其它原因引起的。在电气化铁路上，电力机车沿接触网高速滑行取流，保证所牵引的列车正常速度，接触网通过受电弓向电力机车输送电能，并保证安全供电。接触网和电力机车受电弓间有着紧密的联系，它们在相对的高速滑行磨擦运动中完成输电和受电的任务。这种紧密的联系和相对的高速运动日夜存在从不间断。为此双方都规定了一定的技术条件，只有在这些技术条件不被破坏的情况下，才不会发生弓网事故，电气化铁路才能正常和安全运行。为了保证电力机车受电弓在网下高速滑行通过，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任何障碍物。对电力机车受电弓的要求，应保证其受电弓安装位置正确，滑板完整平滑，滑板和导角之间平滑过渡。当接触网和受电弓的技术参数中任何一条被破坏均有可能发生弓网事故，电气化铁路列车牵引重量大，惯性大，不可能在事故发生后立即停车，这样，一旦发生弓网事故，接触网的破坏范围都比较大，损失比较严重，恢复供电所需时间较长。2.3 兰武二线弓网故障案例及主要原因分析事故案例12008年9月，兰武二线打柴沟车站25道岔支柱处定位器坡度不够，造成双机牵引的第二列电力机车受电弓被打掉，中断行车一小时十五分钟。主要原因分析原25支柱为道岔柱，双拉LL型安装形式，设计定位器坡度1/10，此时接触导线下沿距定位器固定点（长定位环）的垂直距离为200mm。25支柱安装形式如下图21所示。2001400图21 25支柱安装形式示意图1-长定位环；2-接触线；3-1500型定位管；4-DC定位器1234由于兰武二线改造设计中，该处的渡线取消。电化施工单位在施工时将渡线支承力索、接触线拆除。由于原25定位处有两支接触线，导线高度为6450mm。在电力机车受电弓压力一定的情况下，两支接触线受受电弓的作用，抬高量在6080mm。当第一列车通过该处后接触导线抬升80mm，第二列电力机车通过时，接触导线下沿距定位器固定点（长定位环）的垂直距离L为：L=定位器坡度受电弓抬升20080120mm此时第二列机车通过，在其受电弓压力作用下，又将接触线抬升80mm，此时接触导线下沿距定位器固定点（长定位环）的垂直距离L为：L= L第二列车受电弓的抬高量1208040mm即：第二列机车通过时受电弓顶端距长定位环有40mm的间隙，列车可以正常通过。当取消一支渡线后，机车受电弓对单支导线的抬升量达到100mm，此时，当第一列机车通过后：接触导线下沿距定位器固定点（长定位环）的垂直距离L200100100mm这是第二列车再将导线抬高100mm，则此时：接触线下沿距定位器固定点（长定位环）的距离L1001000mm也就是说，这是第二个机车的受电弓高度与长定位环底部等高，从而造成受电弓与长定位环发生碰触，造成打弓。发生此类事故的主要原因是接触网的技术参数没有调整到位，当现场技术条件发生变化后，应及时对接触网进行技术参数的调整和修改，以防由于接触网技术参数不符造成事故。事故案例22008年8月在兰武二线马家坪永登区间56处，中铁十五局在进行小曲线改造过程中，将既有曲线超高由80mm提高到120mm，致使既有接触网拉出值超出受电弓工作范围，造成脱弓，造成机车受电弓被拉断，接触导线损坏一跨。中断行车两小时四十分。主要原因分析事故案例2中，马家坪永登区间56处于半径为800m的圆曲线地段，曲线外侧，既有圆曲线超高为80mm，56既有拉出值为400mm，导线高度为6000mm；发生事故时该处超高被调整到120mm，接触网未随线路超高变化做相应调整。根据曲线地段接触网拉出值a、定位点距线路中心的距离m、以及由于线路外轨超高造成机车受电弓中心与线路中心发生偏斜的偏移值c之间的关系式：a=m+c式中：c受电弓中心对线路中心线的偏移值（mm） m定位点距线路中心的距离(mm) a接触网拉出值(mm)以及线路超高对机车中心线的影响的计算式：c=H*h/l式中： H接触线距轨面高度(mm) h线路曲线外轨超高(mm) l轨距(mm)(一般取1440)曲线区段外轨超高对受电弓位置的影响示意图如下图22所示。cma受电弓中心线路中心内轨受电弓电力机车软定位器外轨(超高轨)图22 曲线区段外轨超高对受电弓位置的影响示意图分析上述事故的原因为：发生事故前状态：定位点距线路中心的距离m=a-c则：m4006000*80/144067mm当超高调整后，由于接触网没有相应调整，就造成定位点距线路中心的距离m值没发生变化，但受电弓中心对线路中心线的偏移值在超高调整后发生变化，此时由公式a=m+c得：调整超高后得接触网拉出值a676000*120/1440567mm对于受电弓老说，其单边最大工作范围为475mm，从上述计算数据显示调整超高后得接触网拉出值为567mm，远大于475mm。因此造成受电弓脱离接触线。通过上述两个案例分析，我们不难看出，接触网技术状态的变化及铁路线路的变化，尤其是曲线地段超高的变化，都会给接触网造成影响，严重时造成接触网弓网事故。发生此类事故的主要原因是路基施工与接触网施工没有取得联系，两个专业没有很好的配合。因此要预防此类事故就必须加强线路专业与接触网专业的联系和配合。事故案例32008年12月在兰武二线中堡车站，电力机车由侧线4道进入正线II道时在10道岔时受电弓钻入正线接触网内，造成机车受电弓被拉断。中断行车。主要原因分析该次事故是电力机车由侧线4道进入正线II道时在10道岔时受电弓钻入正线接触网内的。该事故发生在道岔上。由于接触网在道岔位置均设置有线岔，线岔处两支接触线相交，道岔处接触线相交位置示意如下图23所示。侧线接触线正线接触线线岔图2-3 道岔处接触线相交位置示意图事故发生后，通过检测该线岔发现，该线岔接触网在两导线间距500mm处的两工作支的高度分别为：正线导高6000mm，侧线6040mm，按照铁路电力牵引供电质量验收标准要求，在交叉的接触线相距500mm处的两工作支支接触线距轨面高度应保持相等，施工误差为10mm。而现场测量两线高差达40mm；同时发现，该处使用的是环节吊弦，且该环节吊弦的两个环相互重叠。受电弓中心图2-4 从侧线向正线运行过动态等高段的受电弓、接触线动态弓网关系示意图正线接触线及在受电弓上滑动方向侧线分析上述情况，当机车还没有接触正线时，由于其受电弓的压力使与其接触的侧线接触线抬高5070mm，受线岔的限制，正线也相应的被抬高。正常情况下，受电弓在通过此处时侧线较正线高5060mm，这时正线可通过在受电弓触角上的滑行进行过渡。从侧线向正线运行过动态等高段的受电弓、接触线动态弓网关系示意图如下图24所示。事故现场测量数据显示，两接触线高差达40mm，在受电弓作用下，两线高差达到90110mm，此时受电弓触角在接触正线的瞬间，与正线发生碰触，由于两线高差过大，造成受电弓弓角发生偏斜，从而造成受电弓钻入正线上方，造成钻弓、拉弓事故。造成该处两接触线高差达40mm的主要原因是该处环节吊弦在运行过程中两环相互卡滞，从而造成该导线升高。（一）线岔处易发生事故的原因分析道岔处是接触网易发生事故的地带，根据线岔的技术标准和事故分析总结，线岔处的事故原因大致如下：1、线岔中两支接触线交叉点在岔心轨距比630mm小得多的地方，使接触线距受电弓偏移过大，电力机车过渡时接触线脱弓后刮弓。2、线岔中两支接触线交叉点在岔心轨距比760mm过大的地方，两支接触线交叉角小，且距受电弓中心偏移小，当机车受电弓通过时，将一根接触线抬高，而另一根接触线虽然已在受电弓抓托范围，但因抬高不够造成钻弓后刮弓。3、限制管安装位置不符合温度，造成温度变化时，两接触线交叉点远超出岔心轨距630760mm的范围或严重偏离辙叉角平分线。4、固定限制管的零件，螺栓松动脱落或损坏，造成限制管虚固定或脱落。5、受电弓抓托点处接触线的间距远远大于500mm，接触线脱弓或钻弓后造成刮弓。6、安装、调整时，在线岔的非工作支侧两接触线间距500mm，非工作支比工作支抬高小于50mm。7、线岔处电连接器状态不良（如松弛或线夹歪斜）引起刮弓。8、限制管前后，两根接触线上的吊弦安装状态不良（如某一根吊弦松弛，另一根吊弦使接触线抬高）或脱落，造成两条工作支接触线在间距500mm处不在同一水平高度，或非工作支侧两接触线在间距500mm处非工作支抬高不够。9、限制管内接触线卡滞，非工作支接触线不能自由伸缩，温度变化时将线岔交叉点拉偏。（二）线岔处弓网事故设备损坏情况分析根据以上原因而引起弓网事故及接触网设备损坏情况分析：1、在受电弓抓托点附近发生刮弓，则会刮落或刮坏限制管，刮伤两支接触线或刮断一支接触线。若此时接触线未断或受电弓未被拉翻继续向前运行，则可能刮坏区间多个跨距或刮断站场软横跨下部固定绳。2、在线岔的非工作支侧发生刮弓，则可能拉掉或拉坏限制管，若受电弓继续向前运行，则破坏范围更大。3、在线岔所在的跨距内或邻近跨距内发生刮弓后，受电弓运行至线岔处将线岔刮坏。4、线岔处发生刮弓后，往往会造成几个跨距甚至许多个跨距被刮弓，这些跨距中的定位，吊弦被刮坏或刮落，甚至会造成腕臂、绝缘子、接触线损坏或支柱拉断。5、线岔处发生刮弓的情况与区间的一样，一般会造成接触线断线或接触网对机车车辆、大地短路放电烧断接触线及承力索。6、在复式交分道岔处刮弓或在咽喉区线岔处刮弓，可能会影响几组线岔及几股道，这时线路处理困难会更大。（三）线岔处弓网事故产生的后果根据以上发生的弓网事故后接触网损失情况来分析一下其产生的后果：1、若为单开道岔处的线岔发生刮弓，一般会造成一支正线，一支侧线，股道上空接触网设备的较大范围严重损坏，如造成接触线脱落或断线，区间支柱定位及腕臂和绝缘子损坏，软横跨下部固定绳断股或断线，支柱被拉断或拉斜，锚段关节损坏等。2、若为菱形道岔处的线岔发生刮弓，因其位置一般为站场或车站咽喉区段，则可能造成许多股道或整个车站、站场和部分区间接触网设备的不同程度损坏，设备损坏程度严重且范围大，波及的范围也大，使其恢复的技术程度复杂，所需的作业人员、机具、材料多，一方面事故抢修用料消耗大，另一方面所需的抢修时间长，供电中断相应地增长，此类线岔处发生刮弓，因波及的接触网设备范围大、距离长，一般很难做到较理想条件的先通车后修复的要求。3、复式道岔，一般在车站或站场内，此处线岔发生刮弓，会严重损坏软横跨设备。4、损坏电力机车受电弓，若接触线对电力机车受电弓短路放电，不仅会烧坏电力机车某些部位，而且会烧坏接触网，扩大事故范围。（四）线岔处弓网事故预防措施由于发生弓网事故多，我们总结出一套预防线岔处发生弓网事故的措施。1、按规定时间及周期检修线岔，使其符合技术要求：（1）两接触线的交叉点位置应符合规定（即两支接触线的交叉点的位置在岔心轨距为630760mm范围内辙叉角的平分线上。（2）在交叉点接触线相距500mm处，两工作支接触线距轨面高度应保持相等，两接触线中有1根为非工作支，则非工作支的接触线应抬高大于80mm。（3）限制管的位置应符合安装温度（查安装曲线），即当在平均温度安装时，限制管的中心应重合于两支接触线交叉点，若安装温度高于平均温度时，应略偏于下锚方向，若安装温度低于平均温度时，应略偏于中心锚结方向。限制管安装牢固，防松垫片、定位线夹状态应良好无损，各部零件无锈蚀。（4）在限制管范围内。上边的接触线与限制管应保持13mm的间隙，防止卡滞现象。（5）采用新技术，新工艺，改进线岔结构，如吊弦线夹由铸铁件换成磨件，吊弦换成不锈钢铁线，并做成可调式，便于调整，将线岔电连接线换成硬铜铰线，增加线岔的稳定性。（6）在受电弓抓托点内取消吊弦及一些线夹、减少发生事故的机率。（7）在抓托点两端安装双吊弦，防止吊弦断脱后影响其水平抬高。（8）将非支抬高量由50mm以上规定为100mm以上，防止受电弓钻弓。2、变更线岔的检修周期，加强巡视和带电测量。（1）接触网运行检修规程中线岔的检修周期为90天（3个月），但实际上应根据线岔运行的技术状态进行检修，通过接触网带电测量来掌握线岔的运行状态，实行线岔状态修，这样既可节约“天窗”又能有的放矢的对线岔进行检修。（2）在各个管段范围实行“定人”、“定设备”、“定检修周期”和范围及作业制度化、检修工艺化、质量标准化。检修手段及检测机具现代化的三定、四化、记名检修精神，将设备承包到人，增强职工的工作责任心，防患于未然，防止事故的发生。（3）加强巡视、实行上、中、下旬分别对管内设备巡视一遍，其中中旬为夜间巡视。（4）加强带电测量，第10天对所辖线路的线岔测量一次，换季季节和气温急剧变化时，还要缩短其带电测量周期。由于采取以上的预防措施，在线岔处发生的弓网事故较以前少了许多，最近几年，线岔处的弓网事故年年下降。事故案例42008年12月在兰武二线武威南机务折返段，当机车从机务折返段进入车站3道时，在道岔处机车受电弓钻入接触网线岔，造成机车受电弓被拉断。主要原因分析经事故现场实测接触网各部位，接触网的技术参数均在规范要求范围内。考虑到机车刚由机务折返段出库，分析可能是机车受电弓整备技术参数不达标造成。经查证，该车受电弓由折返段校正，查其校正记录，发现其校正标准错误，从而确定该次弓网事故由此原因造成。同是在兰武二线，在打柴沟至深沟区间，由于电力机车受电弓绝缘子被击穿，造成接触网断电、跳闸，造成接触网故障。由于电力机车受电弓滑板和接触线直接接触，并在相对高速滑行中完成取流和供电任务，任何一方故障都会发生弓网事故，而且是在高速运行中发生，司机发现很突然，采取措施也无计于事。电力机车故障引起的弓网事故主要是由于机车受电弓故障引起的。1、受电弓三角板断裂引起的弓网事故受电弓三角板是安装在受电弓架上方与滑板相连接的部件，是厚度为3毫米的铸铝件，由于其强度较低，且铸造质量有缺陷，极易在运行中断裂而引发刮弓事故。2、滑板条问题引起的弓网事故电力机车受电弓上直接和接触线接触滑行的是装在滑板上的滑板条。滑板条有两排，用压板固定在铝板压制成型的滑板主体上。滑板条目前大部分采用661号碳条，也有少数区段采用粉末冶金或A3钢滑板条。由于固定碳条的夹板腐蚀的原因，加上碳条本身机械强度较小，与接触网上的硬点（如分段、分相绝缘器、接触线接头等处）相磨擦通过时发生碰撞，碳条产生缺口、裂纹等隐患，继续运行与接触线相对横向滑行时就可能使缺口扩大，引起弓网事故。在钢铝接触线区段接触线钢面硬度大，与碳滑板磨擦时极易磨损碳条和拉出沟槽。有的区段采用粉末冶金滑板，实际运行中通过接触网硬点时会因冲击而断裂，从而引起接触网拉伤，甚至发生弓网事故。3、机车受电弓绝缘子损坏引起弓网事故。受电弓通过支持绝缘子安装在电力机车顶盖上，支持绝缘子的作用除了机械上的支持固定外还起着重要的绝缘作用，因为运行中整个受电弓是带25KV接触电压的，受电弓支持绝缘子在运行途中爆炸的情况时有发生。因电气性能不良造成了机械上的破坏，从而使受电弓失去支撑而倾斜，高速运行中产生刮弓事故。以上从各个方面分析了电气化铁道弓网事故发生的原因及一些相应措施，但弓网事故也并不十分可怕，是可以预防或防止的，经过多年的运行，已掌握了一些弓网事故发生的对策，同时也取得了一些经验。2.4 防止弓网事故的对策弓网事故发生的原因是多方面的，有接触网方面的，有电力机车方面的，有行车方面的，有货物装载及工务维修方面的等等原因。可见它和整个运输组织系统有密切联系，要从根本上解决问题必须解决一个认识问题，即接触网是电气化铁路和行车密切相关的一个重要组成部分，是保证电气化列车正常运行的关键设备之一，且和机车线路、行车组织等方面有密切的关系，它没有备用，长年累月于露天，负荷又属于移动负荷，一旦被破坏就会立即中断列车运行。虽然由于接触网的架设势必给行车调度、工务维修等方面带来一些新的课题，受到一些限制（如接车不能接入非电气化股道；工务抬道、拔道及至大修换轨必须由接触网检修人员配合；信号检修要考虑对接触网的安全距离，货物装载高度及捆扎要适应电气化铁路的要求等）。但是，电气化铁路的主要功绩在于它能以高速、重载的优越技术性能大幅度地提高铁路的运输能力，且建设成本较低，投资回收快。因此，有关部门必须努力适应电气化铁路的发展势头，从思想上积极主动提高认识，在工作中按照电气化铁路的客观规律调整各有关部门的工作内容和程序，制定一些新的规定，并在工作中切实贯彻执行。弓网事故的最主要的原因还在于接触网和电力机车两个方面，而接触网的原因就更突出。针对以上所综合分析的弓网事故发生的原因，要防止弓网事故的发生，主要应采取以下对策：1、对于拉出值和跨距的设计，应在保证接触线始终处于受电弓滑板工作范围之内的基础上适当留有裕度，特别是在小曲线半径的地方设立四跨锚段关节时更应如此。2、决不能把受电弓的工作宽度用尽。因为接触网和工务线路维修中难免会出现临时性的调整不当，出现定位拉出值和跨中偏移超限。如此时再考虑受电弓对车体、车体对线路中心线的偏移，就不可避免地要发生因接触线脱离受电弓而引起的弓网事故。3、接触网拉出值除了使接触线对受电弓的磨耗更加均匀外，它的量值的大小还对曲线上跨距设计长度有一定制约。因此，拉出值的大小是非常重要的，当然，在曲线上特别是曲线半径较小的地段，大的拉出值可使跨距长度允许大一些，这在一般线路上是可以做到的。4、我国电气化铁路目前使用的电力机车滑板的工作宽度，SS型为1200mm，进口机车为1050mm，目前接触网拉出值规定最大限度为475mm，一般调整在400mm。在四跨锚段关节处为了保证两接触线500mm的规定间隙，拉出值和跨中接触线对受电弓中心偏移往往要超过400mm，甚至达到450mm以上。这就很危险了，按475mm考虑，对于国产机车受电弓滑板只有125mm裕度。为了保证运行安全，在现有规定的基础上各区段应适当缩小拉出值及跨中偏移，这样在一定程度上减少因拉出值引起的弓网事故。5、设计时考虑的气象条件是地区性的一般条件，气象条件恶劣使接触网状态异常也容易引起弓网事故，在设计时除考虑一般的地区性气象条件外，还应调查掌握该地段接触网的防风结构设计，以避免风力超常引起弓网事故。6、在施工过程中的一些遗留问题，有的在验交过程中发现并已解决，有的难以检查或检查疏漏，直至一段时间之后发生事故才发现，如主导电回路的接线错误，线夹安装不当而引起断线造成弓网事故。因此，施工单位一定要加强施工过程中的质量控制，在工程进行中加强质量监督，以期保证工程质量。7、接触网运行检修单位在日常检修中应该按照技术标准和检修工艺进行接触网的检修，对易发生弓网事故的关键部位，如线岔、锚段关节、拉出值、定位器坡度，分段绝缘器、线夹倾斜等要认真检查及时处理，保证其符合技术要求。加强步巡、乘车巡视，在气温变化时要加强乘车和夜间巡视。8、对于一些事故总结出来的规律性问题，要组织进行调查研究分析，进行一些测试。把总结出来的经验应用在日常的检修内容中去，加以执行。这样是可以避免一些弓网事故的发生。9、加强接触网和工务维修单位的联系，工务起、抬、拔道一定要有接触网方面的配合，同时进行接触网拉出值的测量和必要的调整。10、采用技术先进的检测手段，及时掌握接触网的技术状态，并进行检修调整，以保证接触网经常处于良好的技术状态。接触网检测车是目前各局，分局广泛采用的接触网检测手段。它和计算机数据处理相结合，能够准确、快捷方便地测出接触网的高度，拉出值、跨中偏移值、硬点、线岔、锚段关节、定位器等有关技术参数，并能通过数据处理系统及时打印出来，根据打印出来的数据在检修中及时起到应有的技术指导作用。11、积极推行技术状态修，推广接触网不停电检修等作业方式，也是提高接触网运行质量的重要手段。目前接触网的周期检修方式是电化初期沿习下来的，费工费时，无论有无缺陷都要去检修，不能有针对性地解决问题。随着电气化铁路的发展，重要的繁忙干线逐步电化，接触网的“天窗”时间很难保证，“天窗点”也较低，很难保证周期性检修的实施，接触网检测手段的提高也使技术状态修有了初步的基础。技术状态修是目前检修体制的发展方向，它是大检修手段提供的数据基础上有针对性地修理那些超过技术标准和处于临界情况下的设备，而不是全面的检查修理。3 兰武二线接触网导电回路故障3.1 接触网的电气连接接触网的主要功能是从牵引变电所向沿电气化铁路运行的电力机车输送电能。为了保证接触网这一功能的实现，设计了一系列接触网的结构。接触网起导电功能的回路是由馈电线、隔离开关、开关引线、接触线、电连接线等组成的，我们称其为主导电回路。钢轨、回流线、吸上线、架空地线及保护线等虽在牵引电流回路中但不在接触网结构内，有的虽在接触网结构中但只起安全保护作用，所以都不视作主导电回路。主导电回路和各部分间是由各种线夹进行连接的，从而使得这一回路沿铁路延伸，我们称这些线夹（如供电线夹、电连接线夹、导线接头线夹等等）及其被连接的部分为主导电回路的电气连接。这些电气连接就具备设计对主导电回路的要求，即允许通过与被连接导体同样的电流。因此，主导电回路中的电气连接必须良好，这样才能保证主导电回路的畅通。3.2 主导电回路故障3.2.1 主导电回路接触网的主要功能是从牵引变电所向沿电气化铁路运行的电力机车输送电能。为了保证接触网这一功能的实现，设计了一系列接触网的结构。接触网起导电功能的回路是由馈电线、隔离开关、开关引线、接触线、电连接线等组成的，我们称其为主导电回路。钢轨、回流线、吸上线、架空地线及保护线等虽在牵引电流回路中但不在接触网结构内，有的虽在接触网结构中但只起安全保护作用，所以都不视作主导电回路。主导电回路和部分间是由各种线夹进行连接的，从而使得这一回路沿铁路延伸，我们称这些线夹（如供电线夹、电连接线夹、导线接头线夹等等）及其被连接的部分为主导电回路的电气连接。这些电气联接就具备设计对主导电回路的要求，即允许通过与被连接导体同样的电流。因此，主导电回路中的电气连接必须良好，这样才能保证主导电回路的畅通。3.2.2 规程对电气连接的要求接触网的机械强度、绝缘强度和结构尺寸是大家非常重要的指标，各种规程(规范、规则)对此都有明确而具体的要求，然而对电气联结的重视程度，相对而言就差的多了。运行实践使我们对于这个问题的认识深刻化了，仅仅提高电气联结方式的要求是远远不够的，而且用联结方式来表达电气联结的本质，也是不确切的。很明显，对于一组电联结器来说，那就不仅是导体材质粗细和线夹的大小了，还必须包括接触电阻这个概念，才准确些。旧的接触网运行检修规则提出这样的要求：“各种电联结器应保证被连接线间有良好的电接触”。接触网运行检修规程(82)铁机字881号)对电联结器的要求：“其额定载流量不小于被连接的接触悬挂、馈电线的额定载流量”，“连接必须保证电气接触良好”，除此之外其他规程对于该问题都没有更具体的要求了。在现执行的接触网检修规程铁运(1999)102号) 对电联结器的要求：电联接器与接触线、承力索及供电线之间的连接必须牢固，保证电连接良好，线夹内无杂物，线夹与被连接导线的接触面光洁无氧化膜并涂导电介质。那么，“电接触良好”是个什么样的标准呢?显然只是一个“定性”的标准，而不是定量的标准，怎样执行呢?3.2.3 兰武二线主导电回路故障案例由于“电接触不良”造成的接触网事故，我们可以罗列出十冗长的清单，一些具有代表意义的接触网事故是令人深思的。2008年3月，兰武二线安家河车站正线与侧线道岔处因漏装一组股倒电连接，造成机车从正线进入侧线后烧断侧线承力索。2008年8月，安家河石门河区间新线因未及时安装横向电连接，造成正线接触线烧断。2008年9月，马家坪永登区间七跨分相处，因线路限速造成电力机车陷入分相中性区，由于该中性区与前方锚段关节未安装隔离开关，无法实现中性区的电气连接，造成机车无法受电，只好抽调内燃机车进行摆渡。以上事故，总的来说都是由于“电接触”不良造成的，已经明显地看到“接触电阻”这个概念的重要了。我国电气化铁路的事故集中表现在电气联结方面的问题是很有典型意义的。3.2.4 对主导电回路的电气连接测试接触电阻又是受工艺、时间等因素影响而变化的，我针对兰武线的接触网结构(TJ-95TCG-100)进行的测试结果如下。(1)铜质电联结器安装在承力索和接触线之间的总电阻为0.0013(电联结器为库存数年的材质，只简单地清扫一下。若将电联结器的接触部分用100砂布认真打磨光洁后再安装时，总电阻可降到0.00075。这个总电阻值包括1.7m铜绞线(TJ-95)和两个线夹自身的电阻，还包括接触电阻。我们估算接触电阻为0.0004(这里面包括了两个线夹本身的电阻值)。我们粗略估算，一套电联器的接触电阻约占总电阻的一半左右。(2)一组在隧道内(富强堡隧道)安装运行10年之久的电联结器其总电阻达0.0058。(3)即使是严格按工艺安装的电联结器，在使用的最初两。年内接触电阻也增加了0.00205。从上面的测试结果我们可以推算出，一套电联结器的接触电阻年均递增0.0003。这种明显的不同，说明接触电阻增加的速度随时间流逝而急剧增大。用在钢铝接触线上的铝质电联结器也具有某些相同的特点，为便于对照，特列出测试结果如下。1.LJ185与线夹间的接触电阻单孔未经打磨)为378，经用100砂布打磨接触部分后，其接触电阻可降至110；2GLCAl00/215接触线与电联结线夹间的接触电阻为387，经砂布打磨其接触部分后，接触电阻可降至105；3.装设在电分段锚段关节处的一组铝电联结器接触电阻约为430，占全套电联结器总阻值的47左右，如果不按工艺要求装设，这个比例可升到72。装设在铜承力索和铜接触线间的横向电联器，其接触电阻的增大无疑会改变电流在吊弦内的分配(使吊弦分流增大)，导致设备烧伤。3.2.5 处理措施我认为提出电气联结的质量标准问题，是为了使我们的工作质量能够建立在稳固的基础之上。第二步的工作，应当是制定相应的工艺，以保证工作质量的实现，否则工作质量就难以达到，工程质量也就无从说起了。在电联结器的内在质量标准(电接触)没有出台之前，根据我们的经验必须采取有效的工艺，以达到“电气接触良好”。我们在兰武线的电联结器的重点整治过程中，采取了如下工艺，取得了较好时效果(铜质电联结器)。由于所用电连接线股数多而细，很难用砂布打磨干净，所以探索出“酸洗“工艺，即把与线夹接触部分的铜绞线浸泡在稀盐酸中15分钟左右，然后取出用碱水中和，最后用自来水冲洗数分钟，可达到理想效果：油污和氧化层清除干净，现出金属原有光泽。这样检修电联结器需采取“换修”的办法：先准备一部分电联结器，把现场的原有电联结器更换下来。线夹也可以采取“酸洗“工艺(所用稀盐酸的浓度为15。铜承力索和接触线上的电气接触部分采用细砂布打磨。电接触部分在经上述工艺处理后应涂以薄薄的工业凡士林，再行装配。即使是这样处理电联结器，其接触电阻也会以每年0.0003的速度增加。由此想到，现行的电联结器的连接方式是很不适应的，造成接触电阻大的主要原因是由于原有的“夹持”压强小造成的。为了增加接触的压强，与多股绞线的接触宜用“爆破压接”或其它压力压接的方式。线夹与接触线之间的接触方式也应采取一些增加接触压力的措施，当然原有的电联结线夹在形状上也须做些相应的改变，我想应当是能办到的。3.3 接触网零部件分流造成的故障3.3.1 接触网设备分流分析接触网悬挂及支持零部件是在力与电的双重作用下工作的，所以机械故障和电气烧损故障构成了接触网故障的主体。接触网电气烧损故障之所以频繁发生，首先是因为对电气联结的标准没有量化指标(关于这一点，请参见上章内容)。随之就发生了下面的情况，人们在执行标准时，对于那些便于操作的数字(表面质量的量化标准)，可以得心应手地付诸维修工作，而对于没有量化的(定性标准)内在质量标准，就显得束手无策了。接触网电气故障除了上面所指的电气联结方面的问题之外，还有一个零部件分流烧损问题，尚未引起应有的重视。虽然也有人注意到了(分流)烧损，但往往又把分流与电气联结不恰当地扯到了一块。当吊弦大面积烧损时，把原因简单地归结为电气联结不良；当定位钩与定位环间发生电气烧损时，也仅仅认为是电气联结不良造成的。诚然，电气联结性能越好，其它零部件分流会越小，电联结器的数量越多，其它零部件分流的数值也会越小。(这里主要指横向电联结器)。可是，电联结器的性能再好，也不可能把其它零部件内的分流减为零。有分流就会有电气烧损，这里特别指出的是分流对活动关节的危害极为严重：1、软定位器拉线分流烧断部位是在腕臂上的定位环处（活动绞接）； 2、定位钩与定位环线夹的铰链处；3、兰武线弹性简单悬挂非锚段关节转换柱处，吊索绳与另一锚段接触线依偎处，吊索绳被分流烧断；吊弦环节分流烧断发生在最下面的两个环节处，也是活动铰接处。图31 非绝缘转换柱示意图1，23，4非锚段关节转换柱安装如下图31所示。图31中的1、2分别为套管环和悬吊滑轮，3、4分别是套管铰环和钩头鞍子。铜承力索断头均在悬吊滑轮处，断口有如下特征，铜丝没有明显磨损或变细，各股铜丝有不同程度软化，且有小的电弧熔点。更具代表性的是2008年8月19日发生在兰武二线青寺马家坪间75#柱承力索（GJ-70）熔断事故。当然，主要原因是主导电回路不畅，但是我们明显可以看到，电流烧损最严重的地方是那些活动铰接处：悬吊滑轮与鞍子间、承力索与悬吊滑轮间。 上述故障单用电气联结不良或电联结器数量不足来解释，恐怕是不确切的。为研究接触网零部件分流情况，我摘录了一组测量结果，其中的数据也许对我们理解分流有所帮助。(1)兰州西车站06柱(TJ-95+TCG-100)，承