分析大风天气造成弓网故障的原因及防风措施

分析大风天气造成弓网故障的原因及防风措施摘要:分析了大准电气化铁路接触网由于受大风影响,接触网稳定性差,造成弓网故障的原因,简要分析了接触网稳定性差的原因,提出了接触网抗风稳定性的措施

关键词:大风弓网故障原因防风措施

接触网设备沿线露天布置,工作环境恶劣,使用条件苛刻,在无备用的情况下,一旦发生故障,将对铁路运输秩序造成很大影响。然而,接触网故障的类别和成因是千差万别的,完全避免故障难以做到。风对接触网来说,不仅增加线索的机械负荷,而且在各种风速和不同风向的作用下,会使接触线产生摆动、震动,风速大且强劲的风会使接触线出现巨大摆动和上下震动,造成接触线的技术状态发生急剧变化,以致影响电力机车的正常运行,发生弓网故障。

大准铁路地处北方高原地带,海拔在1300～1500 m之间,每年从11月份至次年5月份是刮风天气,风期长,出现沙尘暴天气较为频繁和强烈,有时风力达到12级;接触网好多地段在山口、谷口、高路堤和泄洪桥梁处,经常处于高原恶劣天气环境当中,在多风季节,很容易发生弓网故障。从1997年电气化铁路开通至今,大风天气造成弓网故障26起,发生弓网故障对设备的破坏性严重,抢修故障中断供电时间长,已成为制约铁路运输正常秩序和安全的障碍。为确保接触网设备在大风条件下能够安全可靠的运行,最大限度减少对铁路运输的影响,是我们

对接触网改造中的重要课题,现就大准铁路接触网发生弓网故障的成因和防范措施谈谈自己的看法。

1 近几年来大准铁路在大风天气发生弓网故障情况(见表1)

从表格统计看发生弓网故障有以下特点。

(1)发生故障的地点均在风口直线地段。

(2)发生故障的接触网跨距均大于55 m。

(3)钻弓处大部分在接触网反定位附近发生。

(4)弓网故障发生在每年的11月份-次年5月份期间的大风天气下(现场目测风速在10级以上,当时一个人挂不了地线)。

(5)造成的损失巨大,故障抢修时间长,影响运输严重。

2 发生弓网故障的原因分析

2.1 最大风偏移值超过设计值是造成弓网故障的的主要因素

接触网抗风稳定性差主要体现在接触线的最大风偏移值超过设计值造成弓网故障的发生。

接触网风偏移的受力分析:(见图1)。

当风作用在接触线上时,接触线产生顺风方向的偏移,从图中可以看出接触线在垂直负载gj和水平风负载Pj作用下,由C点移至B点。

则水平偏移为:bj =y×Pj /qv

最大水平偏移值为:

bj mɑX=Pj ×L2/8×Tj

bj为水平偏移值,mm;

Pj为接触线水平风负载,N/m;

qv为接触线合成风负载,N/m;

y为接触线的驰度,mm;

L为跨距长度,m;

Tj为接触线张力,N。

当取最大设计风速时,接触网最大跨距中计算风偏移值为447 mm,而在受电弓滑板625 mm有效工作范围内,理论上不足以使受电弓钻弓,但现场实际情况却发生了弓网故障。经过对北黄土沟——十九沟发生的几起弓网故障分析,它们有共同的特点:都处于直线区段、都处于风口地段、现场目测风速在10级以上强劲(一个人挂不上接触网地线),每一起弓网故障都是从反定位器前后第1根和第2根吊弦处钻入接触网。

当支柱处于上风侧时,在反定位处风对接触线的作用力与定位器对接触线的拉力方向一致,整体使定位器承受一个压力,持续不断的压力会造成反定位管向上剧烈摆动;在反定位管上摆同时,定位器则绕长定位环向下摆动,造成定位器对接触线失去了定位的作用;结果使接触线形成了一个110～120m的大跨距,在反定位处出现了一个由两个跨距接触线偏移值叠加的偏移量,大大超过了接触网的设计偏移量和受电弓允许工作范围,造成了受电弓钻弓,发生弓网故障。

2.2 接触网跨距大是造成稳定差的主要原因

在链形悬挂中,风同时作用在承力索和接触线上,由于接触线和承

力索通过吊弦相互作用,接触线风偏移的状态比较复杂,根据最大水平偏移值的计算公式:

bj mɑX=Pj×L2/8×Tj

可知,跨距越大,接触线的最大水平偏移值越大,接触网的稳定性越差。

因此,在确定链形悬挂跨距时要根据接触网在风力作用下,相对受电弓中心线所产生的允许偏移值来确定的技术跨距。我国接触网跨距规定:直线区段最大允许跨距不应超过65 m;山口、谷口、高路堤和泄洪桥梁等风口范围内的跨距应缩小5～10 m,最大跨距不大于50 m。

2.3 反定位方式不牢固,易造成定位变化

大风作用在反定位装置上,由于定位管较长,主要受力来自与腕臂连接的定位环和与定位器连接的长定位环;在持续风压作用下,使反定位管上下摆动,定位器不断撞击长定位环,导致长定位环偏转,定位器定位钩卡滞扭转变形从定位环脱出,对接触线失去定位作用,风偏移过大造成受电弓离线而发生弓网故障。

2.4 接触线张力不足,造成接触网摆动过大

接触网的张力和驰度是决定接触线风偏移的重要因素,根据水平偏移值的计算公式:

bj=y×Pj /qv bjmɑX=Pj ×L2/8×Tj

可知:接触线风偏移值与接触线的驰度成正比,与接触线的张力成反比。

因此,接触线张力不足,如接触线补偿装置坠坨数量不够,会造成接触线的顺线路方向张力减小;直线区段“之”字值调整偏小,会造成接触线垂直线路方向的张力减小,从而增大了接触线的驰度,在风压作用下,使接触线风偏移值超过允许值。

3 提高接触网稳定性的措施

针对大准铁路近几年接触网发生的弓网故障进行了分析和研究,进行了大胆的尝试,采取了一定的措施来提高接触网稳定性。

(1)缩短技术跨距,提高接触网稳定性。

首先我们对大准铁路接触网进行徒步观察、测量,根据近几年来接触网发生的弓网故障的地段,确定接触网受大风侵扰的风口重点地段。(见表2)

根据大准铁路接触网风口地段统计表中防风重点地段以及对近几年发生弓网故障的特点,我们决定对其重点地段进行改造,即在相邻支柱的跨中增设支柱,缩小跨距,有效的减小风偏移。从2010年防风地段技术改造后,接触网设备运行两年,没有发生过因大风造成的弓网故障。因此,跨距的缩小能够使接触线在定位点处对定位器形成较大的张力增量,抑制了定位器的摆动,增强定位的稳定性。

(2)改变定位方式,提高反定位的稳定性。

在反定位上加装防风支撑有效的抑制反定位管的上下摆动。

(3)加装V型拉线来抑制反定位的左右摆动

(4)在斜腕臂和平腕臂之间加装腕臂支撑来增强支柱支持装置的整体强度。

(5)调整防风直线区段的拉出值,正定位的拉出值由200 mm加大为300 mm,反定位的拉出值由200 mm减小为150 mm,这样既增加了“之”字值而改变了张力又减小了风偏。

(6)在风口地段的大桥定位点处更换限位定位器来提高接触网的弹性。

4 结论

通过2011年我们对大准铁路接触网分别采取增加支柱缩小技术