地铁接触网常见故障和问题分析及其应对方法

地铁接触网常见故障和问题分析及其应对
方法
科技信息.工程技术
地铁握触网常见故障和问题分析及其应对方法
西安市地下铁道有限责任公司芮小刚
[摘要]接触网是地铁牵引供电系统中的重要组成部分.由于其设置的特殊性(机,电合一,动态工作,没有备用,另外柔性接触网
露天设置),所以一旦发生故障将会直接影响牵引供电系统的正常运行,严重时还会中断列车行车.因此分析和研究其常见故障,制
定切实可行的防范应对措施尤显重要.针对地铁接触网一般由柔性接触网和刚性接触网组成的特点,其中柔性接触网故障较多,本
文将对柔性接触网常见的故障进行分析,而刚性接触网运行可靠性高,到目前各地铁单位刚性接触网出现故障较少,主要是在使用
中存在一些问题,本文将对刚性接触网在运营中存在的问题进行分析.
[关键词]柔性接触网刚性接触网故障分析问题分析
1.柔性接触网的常见故障主要表现在3个方面:空间结构尺寸方
面;导电回路方面;绝缘方面
1.1空间结构尺寸方面故障
接触网是一种特殊的供电设备.所谓特殊即其不仅要保障质量良
好地向电力机车提供电流而且还夏保证接触悬挂能牢固稳定地处在规
定的空间几何位置上,以保证受电弓能平滑地从接触线上高质量地取
流.由于机车受电弓宽度有限,且机车运行速度很快,因此接触网的技
术参数一旦发生变化就会使电力机车取流质量下降,严重时还会造成
弓网故障.
1.1.1故障现象
空间结构尺寸方面的故障类型主要有:弓网故障,接触网参数变
化,接触网线索,零部件脱落,接触网零部件变形.
I.1.2原因分析
(1)施T质量不合格:构件螺栓未按规定紧固到位,造成螺栓在运行
过程中松动,脱落,使接触网参数(如拉出值,线岔参数)发生变化,当其
参数超越受电弓的工作范围时常常会发生钻弓,打弓故障.
(2)接触网部件变形或零部件脱落:由于接触网部件结构问题,长期
运行过程中的振动疲劳,施_丁质量存在问题等原因造成带病投入使用,
都有可能造成接触网部件发生形变或零部件松动乃至脱落.
(3)接触网结构不合理:由于施工或设计原因,接触网个别部位在结
构上存在问题,当温度变化时由于接触悬挂的热胀冷缩致使相应的线
索驰度发生变化f如悬挂间电连接线,中锚辅助绳,开关引线等),当线索
驰度过大时在动态情况下易形成弓网故障.
(4)接触网零部件本体和安装方式不合理:由于接触网个别零部件
本体或安装方式不合理,在外界自然环境的影响下发生变形或脱落,造成设备或弓网故障.如目前在接触悬挂上安装的各种标示牌.由于其
面积较大,且用简易铁线固定,极易在风力作用下脱落,当位于受电弓范同内时即形成弓网故障.
(5)产品质量问题:由于接触网构件和设备产品质量不合格,零件在
长期动态工作过程中易疲劳损坏,在外界力量的冲击下易发生变形,进而使接触网参数或结构发生变化,形成弓网故障.
f6)自然灾害:由于柔性接触网露天设置,受自然环境影响较大f如雨,雪风等恶劣天气条件下造成接触网参数变化,或者地面条件变化进而导致支柱倾斜等),同时由于设置位置限制还会由于外界动力机械的意外撞击造成接触网支柱及接触悬挂参数的变化等.
1.1.3防范措施
f1)严格验收程序:在验收阶段要严格验收程序,不仅要按照规范要
求对接触网各部参数进行测量验收,还要对接触网各部螺栓安装后的状态进行检查,防止部件带病投入运行.
f2);On强对接触网参数的监测:严格按照测量,巡视周期对接触网进
行监测,掌握部件,设备技术状态,发现问题及时处理.接触网参数测
量主要对影响弓网取流的接触网部件参数进行测量,如:线岔,锚段关节,分段,分相,中心锚结,接触线参数等,对测量后参数要进行综合分析,以发现和处理缺陷.
(3)加强对接触网各部螺栓,螺母,弹垫,防松垫片的平推,检查:在
设备投入时要对各部螺栓进行平推紧固,在此基础上通过抽查逐步摸索螺栓动态松动周期,及时进行紧固,确保各部参数处于标准范围.在有条件的情况下尽可能多地使用防松螺母及垫片.
(4)对不能适应列车运行条件的接触网部件和设备进行改造:如对
容易脱落打弓的部件及时进行更换或进行技术改造.
(5)严格按照温度曲线安装,调整设备:保证设备不致因温度变化而
产生卡滞,过紧,过松而使接触网参数发生变化.
(6)加强设备抵抗自然灾害的能力:如给支柱修建护坡和设立防护
桩等
1.2电气联结方面故障
接触网既然是机,电合一的特殊供电设备,因此在运行过程中不可
避免发生电气方面的问题.电气方面故障虽数量不多,但一旦发生,则会造成严重影响,甚至造成塌网,断线故障.
1.2.1故障现象
电气联结线夹发热,线索(接触线,承力索,供电线,回流线等)从电
气接续部分断股或断开,设备线夹,接头线夹,引流线夹(或钢轨)连接处烧伤,软横跨环流造成承力索悬吊滑轮处或定位器根部定位钩处烧伤.
1.2,2原因分析
f1)电联结线夹未按规定安装或在运行过程中发生螺栓松动,电力
复合脂老化等使电联结处接触电阻增加进而发热量增加,使线夹发热而烧伤线索.严重情况下烧断线索.
(2)股道电联结设置位置或数量不合理,使股道问接触悬挂在机车
取流的情况下产生较大的压差,接触悬挂在软横跨上产生环流,从而在悬吊滑轮或定位器根部等电气薄弱环节产生拉放电烧伤部件现象. (3)不同悬挂问非稳定性接触也会造成线索间放电,当两不同悬挂
立体交叉时,如果两支悬挂均为载流悬挂,当其中一支有大负荷电流时,在两悬挂间会形成电位差,此时如果两悬挂(包括线索间和一线索距另一悬挂的带电部分)间存在非稳定性接触,则在两悬挂间就会产生过渡电弧进而烧伤线索.此种情况一般发生在交叉承力索间和非作
支接触线与工作支定位管间.
i.2.3防范措施
(1)在验收和运营维护过程中对电气接续部分(接触悬挂,供电线,
回流线等)进行逐个重点检查,按照标准进行整改和检修.
f2)在验收时按照设计标准及现场实际情况对电联结设置情况进行
调查研究,对达不到实际要求的及时整改或补充安装电联结.
(3)对非稳定性接触的部分进行调整,确保在动态情况下仍能保持
可靠的安全距离.比较值得借鉴的数据是两线索间距不得小于lOOmm,一线索对另一定位管的距离不得小于50mm,对确实调整不了的加装绝缘护套.
1.3绝缘方面故障
接触网作为特殊的高压供电设备,绝缘是其重要的技术指标之一,
与地方电力系统供电线不同,接触网悬挂高度较低且距离机车较近,容易被环境和机车污染,因此其绝缘易受环境破坏.按照绝缘介质来分, 接触网的绝缘主要分为绝缘体绝缘和空气间隙绝缘,这两方面有一方出现问题而放电都会造成接触网故障.
1.3.1故障现象
绝缘子闪烙放电乃至击穿,接触网带电部分对接地体放电,分段分
相等绝缘部件放电击穿,因外界物体变化造成接触网对地放电..
1.3.2原因分析
(1)绝缘子脏污:主要表现为清扫周期过长,周围环境污染严重,使
绝缘子表面覆盖了较多的导电介质而放电击穿.
(2)绝缘子的绝缘强度或材质不能适应周围环境:主要表现为绝缘
子虽然按照周期甚至缩短周期进行了清扫,但由于周围污染介质的特殊性如化工污染等,使绝缘子在不太脏污的情况下也发生了放电击穿故障.
(3)分段,分相绝缘棒由于与炭材质的受电弓频繁摩擦接触,使其接
触表面覆盖了一层碳粉,如不能及时清扫,使电弧沿其表面发生击穿故障.
(4)接触网带电部分由于受温度变化使其空间几何位置发生变化.
当对接地体的距离变小并小于安全距离时即发生对地放电故障. (5)铁路旁边的建筑物,树木等由于受自然灾害影响而使其状态发
生变化,当其对接触网(含供电线)的距离小于安全距离时,接触网发生放电跳闸故障.另外,融冰,含有导电体的鸟窝以及动物本体也会在特科技信息工程技术
定情况下引发短路放电故障.
1.3.3防范措施
f1)加强绝缘的清扫工作,对部分污染严重的区段缩短清扫周期. (2)对环境恶劣区段采用抗污性能强的硅橡胶绝缘子.
f3)对分段,分相等特殊区段绝缘体重点清扫.
f4)对接触网线索的调整要考虑其温度变化的影响,保证在温度变
化时带电部分距接地体保持足够的安全距离.
(5)对铁路附近可能危机接触网供电安全的危树,建筑物及时联系
处理,保证其在恶劣天气下状态发生变化时对接触网能保证足够的安全距离.
(6)加强对上跨建筑物上积雪的清扫工作和钢柱,横梁上鸟巢的清
理工作,防患于未然.
2_冈0性接触网存在的问题及应对方法
采用刚性接触悬挂,其主要特点就是无断线之忧,零配件少,维护
简单,运营可靠性高.但是在国内部分地铁使用一段时间后发现,刚性接触网出现的问题不少,随着运营时间越来越长,行车间隔越来越短, 这些问题会越来越突出,对刚性接触悬挂造成的影响也越来越明显. 刚性接触网易出现的问题有:部件松动或脱落;接触线磨耗严重;受电弓磨耗不均;中间接头螺纹滑牙.
2.1部件松动脱落
2.1.1故障现象和原因分析
T头螺栓偏转:刚性接触悬挂的定位底座槽钢通过T头螺栓(见图
1)连接,随着运营时间的推移,T头螺栓的问题逐渐暴露出来.由于其本身结构的原因,T头螺栓在振动作用下会慢慢偏转,当偏转较大时会造成T头螺栓从定位槽钢中脱落.
定位绝缘子与汇流排定位线夹及定位槽钢之间脱落:定位绝缘子
与汇流排定位线夹间脱落,定位绝缘子与定位槽钢之间会发生脱落现象.其原因是由于接触悬挂零部件的连接点较多,而且都是螺纹连接, 在受电弓不断的冲击振动下,螺纹慢慢松脱.
以上问题均会造成接触网不能可靠固定,严重时会造成塌网事故. 2.1.2防范措施:目前各地铁公司所采取的措施依然是缩短检修周期,及时发现并对偏转的螺栓进行纠偏,每次检修作业都对所有螺纹螺栓进行紧固.但这样治标不治本,因地铁行车密度大运营时间长,留给设备检修的时间很少,从而造成检修工作强度较大,而采用刚性悬挂的一
大原因就是因为它检修维护量少,所以根本的解决办法还是要研究
如何缓解和释放刚性接触悬挂的振动能量,以保证悬挂结构部件的稳定性,如何减少零部件的数量,减少连接点,以减少故障发生的薄弱环节,或对T头螺栓和连接部件进行技术改造,使其在保证原有功能的基础上不会发生偏转和松动.
图1刚性悬挂定位示意图图2接触线截面图
2.2接触线磨耗严重
经对采用了刚性和柔性两种接触网的地铁调研发现,刚性接触网
与柔性接触网相比,其平均磨耗量要大的多.刚性接触悬挂部分区段和部位磨耗非常严重,最严重的区段在运营三年后受电弓已经能够接触到汇流排.
2.2.1现象:a.锚段关节磨耗严重,特别是绝缘锚段关节的磨耗比较
严重,当牵引所的绝缘锚段关节处于列车加速区段时,磨耗更为明显;
b.特殊线路区段磨耗严重,按照线路及道床不同的类型结构来区分,一般情况为曲线段较直线段磨耗大,减振道床比整体道床磨耗情况严重, 坡道较直线平道磨耗大.如果某个点正属于上述情况之一或者是任何两者的结合部位,磨耗则更为严重.
c.汇流排中间接头处磨耗严重.
2.2.2原因分析:第一,地铁列车加速度大,取流也较大,通常线面
都有打火,放电痕迹,所以电气磨耗较为严重.第二,刚性接触网弓网
压力较大,另外在加速区段和曲线段及减震道床区段弓网关系处于波动状态,冲击力及接触压力都不是稳定的,造成机械磨耗也增大,同样, 汇流排中间接头处磨耗严重也是因为中间接头处连接不够紧密,弓网异常波动造成磨耗增大.
2.2.3防范措施:可从接触网的源头进行防范,即在接触网设计时
必须将绝缘锚段关节设在列车惰行减速区,在减震道床区段尽量减少线路曲线设计.要降低汇流排中间接头处的磨耗,除在检修时加强对
螺栓的禁固外可研究改良中间接头和紧固元件工艺,使其性能更加稳定.
2.3受电弓集中磨耗
2.3.1现象:车辆受电弓碳滑板的磨耗不是均匀分布的,而是集中
到几个部位,如图3所示在地铁正线是刚性悬挂而车辆段是柔性悬
挂时,列车在车辆段柔性:晷:挂区段,接触线易在受电弓滑板的凹槽出现卡线或者拉线故障.
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流排中间接头
图3受电弓集中磨托图例图4中间接头示意网
2.3-2原因分析:按照设计标准,刚性接触网在每个锚段应呈正弦
曲线分布,正弦曲线的周期为250m左右,最大拉出值不超过200mm,这样的正线曲线在施工中很难精确实现,如果施_丁中不加以严格进行计算控制安装位置,则接触线与碳滑板的接触点易集中于碳滑板的局部位置,造成磨耗不均.
2.33防范措施:第一,在设计和施工阶段严格质量控制,精确计算
和定位,使接触网真正实现设计要求的正弦曲线分布;第二,从弓网两
个方面分析解决,如调整接触压力,选择优质滑板材质等.
2.4中间接头螺纹滑牙
2.4.1现象:随着投入运营时间的增加,行车密度的增大,中间接头
螺纹易出现滑牙现象,并呈现逐渐增长的趋势.
2.4.2原因分析:刚性悬挂无抬升量,受电弓的接触压力以及冲击
力无法缓解,造成整个悬挂不断处于振动状态,一趟列车造成的振动幅值比较小,相应的能量也不大,但是行车密度加大后,能量叠加,振动合成后的能量要释放到刚性悬挂系统中,从而对悬挂系统造成较大影响, 而中间接头是整个悬挂系统中最容易产生驰度的部位,在列车受电弓
接触压力和冲击力的综合作用下,造成中间接头的螺纹滑牙.滑牙造
成接头处产生硬点,对受流质量产生较大的不利影响.
2.4_3防范和处理措施:通常处理螺纹滑牙的方法就是更换中间接头,随着行车密度加大以及行车时间的不断延长,留给接触网检修的时间越来越少,而接头螺纹出现滑牙的现象又呈上升趋势,给接触网检修工作带来了更高的挑战.要从根本上解决问题,还需要从部件材质和
连接工艺上考虑如何进行改进,也就是在保证电气性能要求的前提下采用硬度更高,耐磨性能更好的材质制造中间接头,或者改进汇流排和中间接头的连接工艺,分散接头螺纹处的受力,使螺纹不易被损坏.目前更换中间接头的方法已经明显给检修工作带来很大麻烦,所以后两种方法在今后的工作中很值得去研究.
3.结束语
本文对地铁柔性接触网在运行中易出现的故障和刚性接触网在运
营中出现的问题进行了调研的基础上,分析了故障和问题产生的原因, 给出了一些解决问题的办法和防范措施,有助于加强对接触网故障本源的认识,不断提高维修技术和接触网运行的可靠性.而刚性接触网
技术的应用还不是很成熟,本文针对出现的部分问题只是提出了解决方案,解决方案是否能够真正解决问题,还需要在今后的工作中积极开展相关技术改造研究和实验,对提出的解决方案加以验证.
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