引言
電氣化鐵路主要有軌道、電力機車、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)是負責將牽引變電所中的電能傳輸給電力機車的重要設備,最大特點是位于野外且無備用,其質量及工作狀態(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輸能力。然而在接觸網(wǎng)架線施工中,接觸導線工作面扭面問題經(jīng)常出現(xiàn),并未引起足夠重視,而只是進行后期校正,既降低工效又影響接觸線的質量。本文結合多條鐵路接觸網(wǎng)導線架設經(jīng)驗,從導線本身的金屬屬性以及運輸、存儲、架設、調整等方面,分析了接觸網(wǎng)導線工作面扭面的成因,有針對性地提出了預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,為電氣化鐵路運輸提供保障。
1工程案例
從時速60km/h的普速電氣化鐵路,到時速200km/h的快速鐵路,再到時速300km/h的高速鐵路,從鋼鋁材質接觸線到鎂銅、錫銅、銀銅等合金材質接觸線,基于二十多年的接觸線架設經(jīng)驗,根據(jù)以往施工統(tǒng)計數(shù)據(jù),筆者發(fā)現(xiàn)普速鐵路接觸網(wǎng)施工中接觸導線工作面扭面發(fā)生率高于客運專線和高速鐵路,車站側線接觸導線扭面發(fā)生率高于正線接觸導線。
歷史統(tǒng)計數(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,設計時速120km/h,鳳凰站至來賓站區(qū)間正線接觸網(wǎng)28個錨段,接觸導線扭面13處,來賓站側線接觸網(wǎng)14個錨段,接觸導線扭面9處:快速鐵路,新建南寧至廣州鐵路黎塘西至桂平段,設計時速200km/h(黎塘至根竹段時速250km/h),黎塘西站至覃塘北站區(qū)間正線接觸網(wǎng)24個錨段,接觸導線扭面10處,桂平站側線接觸網(wǎng)9個錨段,扭面5處:高速鐵路,廣深港客運專線廣州南至深圳北段,設計時速300km/h,廣州南站至東涌站區(qū)間正線接觸網(wǎng)24個錨段,接觸導線扭面9處,深圳北站側線接觸網(wǎng)15個錨段,接觸導線扭面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%,車站側線扭面發(fā)生概率53.33%。由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,接觸網(wǎng)導線扭面,在接觸網(wǎng)架設施工中存在普遍性,工程技術人員應給予重視,分析原因,采取預防措施。
2接觸線工作面扭面的危害
接觸導線又叫"電車線",是兩側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,工作時直接與電力機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。接觸導線扭面會造成長期接觸線偏磨,影響接觸線的使用壽命。當接觸導線扭面問題嚴重時,高速行駛的電力機車受電弓容易碰到接觸線上的線夾,出現(xiàn)"打弓"事故,嚴重時還會引起"剮弓",對電力機車受電裝置造成破壞,甚至將受電弓剮掉,打壞電力機車受電弓絕緣子及其他部件,同時也會造成長距離、大范圍接觸網(wǎng)破壞停電。當損壞的接觸網(wǎng)對地放電時,短路電流可能會燒毀吸流變壓器、吸上線等其他接觸網(wǎng)設備。另外,事故發(fā)生后恢復供電的工作量大,搶修時間長,會造成嚴重的供電中斷事故,給鐵路運輸特別是在繁忙的干線鐵路帶來嚴重的不利影響。
3接觸導線工作面扭面成因分析
根據(jù)對多條線路接觸導線架設施工經(jīng)驗的總結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、運輸過程中形成的,有的是在施工生產(chǎn)過程中形成的。形成接觸導線工作面扭面的原因可總結為兩大類:一類是金屬接觸導線本身在蠕變應力的作用下發(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。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)存儲、運輸過程中形成。接觸導線在生產(chǎn)制造時,在線盤上纏繞不規(guī)范,導線端頭固定不牢或未按要求固定,在運輸過程中發(fā)生扭面:或者是未配盤使用的接觸導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力作用下發(fā)生金屬蠕變形變,又沒有采取措施對接觸導線工作面加以約束和限制,造成接觸導線扭面。
(2)采取不當?shù)募芫€工藝形成。包括車站側線采用人工架線,或帶張力架線時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、急劇啟動或停車,或車站架設接觸線穿線等原因,引起接觸導線劇烈抖動,導致扭面。
(3)對架設的接觸導線未進行及時調整。接觸導線架設完成后長時間擱置,未及時安裝定位器控制金屬導線蠕變對接觸線線面的影響,造成接觸導線扭面變形[2]。
(4)管理及作業(yè)人員的因素。接觸導線調整作業(yè)前,沒有針對性地進行技術交底,對作業(yè)人員進行技術培訓,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,責任心不強,工作上產(chǎn)生差錯,人為造成接觸線扭面。
4接觸導線扭面的預防措施
根據(jù)導線扭面的不同成因,結合現(xiàn)場生產(chǎn)實際,應針對性采取技術措施,盡最大可能消除或減少接觸導線扭面,預防由于導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從材料進場源頭控制
針對原因(1):接觸導線的進場驗收,除按規(guī)定的流程和驗收程序檢查驗收項目外[3],還應對引起接觸導線扭面的情況進行重點檢查,檢查內(nèi)容主要包括接觸線表面光滑、清潔,不應有硬彎、扭曲、裂紋、擦傷等缺陷,接觸線大圓弧面(工作面)應面向盤芯整齊緊密地纏繞在線盤上,每一層的匝間不應有空隙,不應有扭轉、交叉、跳線現(xiàn)象,接觸線起始端應伸出線盤側板固定在線盤外側,接觸線尾端應固定在線盤側板內(nèi)側。在驗收過程中,發(fā)現(xiàn)存在問題,不滿足上述要求的,應根據(jù)實際情況,請廠家到現(xiàn)場處理,嚴重者責令材料退場,從源頭上保證接觸導線質量。接觸導線到貨后在長時間存放過程中,應避免接觸導線在蠕變應力作用下發(fā)生工作面扭面,保障施工生產(chǎn)正常使用。另外一種情況,接觸導線未配盤使用,比如備用接觸導線,一般按最長錨段長度采購,在其他導線損壞或被盜后做備用。當備用導線部分被使用后,剩余部分應在線盤上采用一定張力纏繞,匝間不應有空隙,不扭轉、不交叉,將尾部端頭在線盤側板上固定牢固,導線外層采用防水材料進行包裹[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)導線在架設作業(yè)中出現(xiàn)劇烈抖動引起接觸導線工作面發(fā)生扭面,宜采用恒張力或小張力架線作業(yè),禁止不帶張力進行架線作業(yè)。嚴格執(zhí)行恒張力(或小張力)架線作業(yè)施工流程:作業(yè)準備、起錨、加線、落錨、檢查、結束。架線作業(yè)前,提前做好線路使用計劃,征得線路管理部門批準,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是否已安裝到位,曲線區(qū)段、轉換柱處的支柱裝配是否采取了臨時加固措施,滿足架線條件:架線作業(yè)必須運行平穩(wěn),不得急劇啟動或停車,行駛速度不超過5km/h,減少架線作業(yè)車運行途中隨意停車現(xiàn)象:作業(yè)平臺應牢固可靠,升降靈活、平穩(wěn),操作方便。采用小張力放線,放線架穩(wěn)固,制動平穩(wěn)、可靠,放線張力可控,根據(jù)導線材質、線型確定放線張力,一般控制在1.7~3kN。
4.3導線架設完成及時安裝定位器
針對原因(3):根據(jù)調查研究,接觸導線架設后的48h是導線在蠕變應力作用下蠕變形變速率下降最快的階段,隨著時間的增長導線蠕變形變速率變低,導線蠕變形變逐漸穩(wěn)定。因此,在這一階段將接觸導線調整到位,及時安裝定位器,容易控制導線蠕變形變扭面。一旦長時間擱置,接觸導線因蠕變應力發(fā)生扭面,必須采取后校正的方法對接觸線線面進行校正,才能滿足電力機車受電弓取流對線面的要求。對接觸線線面的控制,主要是在接觸線調整過程中通過安裝定位器、整體吊弦來實現(xiàn)。定位器安裝時應先安裝接觸線中心錨結,然后從中心錨結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)扭面立即進行校正。
4.4改進施工方法,加強作業(yè)人員教育培訓、提高人員素質
針對原因(4):接觸線調整作業(yè)前由工程技術人員給作業(yè)班組進行詳細技術交底,明確工藝流程、作業(yè)方法、技術標準及注意事項,加強作業(yè)人員思想教育培訓,使其提高意識,進行規(guī)范化作業(yè)。同時采取技術措施,改進施工方法,提高施工安裝作業(yè)精準度。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處開始,靠眼看、手摸向下錨方向進行導線"找面",當導線面3609扭轉后,作業(yè)人員一旦精力不集中,會錯誤地認為線面正確,導致后序工作徒勞。為避免出現(xiàn)"找面"錯誤,改進施工方法,用工具代替手摸、眼看。例如:在架設好的導線上安裝一個可以順導線滑動的定位線夾,用手握住定位線夾順導線向下錨方向進行"找面",既準確又快速。
5接觸導線扭面整治
造成接觸線扭面的因素多,很難絕對避免。當出現(xiàn)接觸導線扭面問題后,必須采取有效的校正措施方能滿足電力機車受電弓取流對接觸導線的要求。接觸導線扭面校正,所需工具車輛主要有作業(yè)車(或梯車)、接觸線扭面器,校正分兩種情況進行。
(1)工作支接觸線扭面的校正:接觸線線面校正應從中心錨結開始,當線面扭轉幅度不大時,在接觸線扭面處一端5m處用一個接觸線扭面器卡住線面,保持不動,另一個接觸線扭面器在扭面處卡住接觸線向反方向扭轉,慢慢將導線扳平,然后松開觀察,如果導線面未校正過來,按同樣的方法加大力度再校正一次,直到線面扭正為止。當接觸線扭轉幅度較大且距離較遠時,在接觸線扭面處一端5m遠處,用一個導線扭面器卡住線面并保持不動,另一個導線接觸線扭面器反方向旋轉3609,然后再松開觀察線面是否已校正,依次向前挪動,直到線面完全平正順直。導線線面校正完畢應及時安裝定位器、吊弦等部件。吊弦安裝后,應保證吊弦線夾垂直且無碰觸電力機車受電弓的隱患。
(2)非工作支接觸線扭面的校正:非工作支接觸線,處于受電弓動態(tài)包絡線以外,電力機車受電弓通過時不接觸受電弓滑板。因此,當扭面問題不嚴重,且靠近接觸線工作區(qū)域時可采用上述工作支接觸線扭面校正的方法進行校正。當扭面比較嚴重且位于下錨跨距內(nèi)時,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行懸吊,不再進行線面校正。
6結語
電氣化鐵路已進入一個嶄新的發(fā)展階段,成為我國主要的運輸牽引方式,其擔負的運輸任務越來越重,安全運行的意義也非常之大。在保證電氣化鐵路安全運行的過程中,保障接觸網(wǎng)的安全至關重要,因為接觸網(wǎng)負責向全線輸送電能,運行條件惡劣,且無備用,一旦出現(xiàn)供電故障就會中斷行車。為此,要保證接觸網(wǎng)的良好工作狀態(tài),就應從細微之處做起,發(fā)現(xiàn)問題查找原因,改善施工工藝,采取針對性的技術措施預防控制,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)定運行,為電氣化鐵路正常運營創(chuàng)造有利條件。
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