接触网拉弧主要危害表现在以下几个方面:一是造成电力机车运行取流不稳定, 甚至坡停;二是由于电弧的高温熔蚀作用, 使得接触悬挂磨蚀加重, 容易造成接触线磨耗过大和承力索断股甚至断线;三是拉弧造成的高次谐波对邻近无线电通讯线路造成有害干扰;四是拉弧引起牵引电流波形急剧变化, 冲击电流进入牵引电动机, 增大整流子片间电位差, 造成整流条件恶化, 形成火花甚至环火;五是在主电路中引起过电压现象;六是拉弧消耗大量电能, 增大网损。
成昆线普雄——西昌段自1999年开通以来, 隧道拉弧相当严重, 甚至引起承力索烧断股、断线多次。新凉至铁口区间两河口隧道是拉弧最严重的区段之一, 成为困扰安全生产的主要问题。本文针对两河口隧道的拉弧整, 综合分析了隧道拉弧产生的主要原因, 并结合既有线的实际情况提出了相应的经济整改方案。
1 原因分析
1.1 接触网方面
(1) 接触网架线施工时形成的接触线硬弯。
(2) 吊弦分布不均匀、调整不当造成接触坡度变化过大, 按铁道部[2007]69号文电《接触网运行检修规程》第6 0条之规定, 120km以下接触线坡度标准值为3‰;安全值5‰;限界值为8‰。
(3) 隧道定位处负荷集中, 是隧道外的3～5倍, 它由双耳连接管、硅橡胶绝缘子、3/4寸定位器、3/4支持器组成, 总重量7kg～7.5kg, 而隧道外定重量一般为1.5kg～2.5kg。
(4) 定位器坡度过小。根据铁道部[2007]69号文电《接触网运行检修规程》第79条之规定, 定位器坡度标准值和安全值均为1/5～1/10, 由于施工中定测不当, 使得定位埋入杆件达不到接触线5780mm的安装高度, 而在调接触线高度中又强行将接触线高度调到5780mm造成定位器坡度过小, 甚至硅橡胶绝缘子有向上的挠度, 严重影响定位点处的接触网弹性, 形成硬点。
1.2 机车及工务线路方面:
(1) 受电弓上铜滑条不平, 碳滑条脱落, 受电弓压力超出规定的70±10N范围;弓头及框架质量大, 惯性大。
(2) 工务线路质量与拉弧也有关系, 机车在“三角坑”地段摆动较大, 引起瞬间离线形成拉弧。
2 整治方案
从以上拉弧原因分析里不难看出, 拉弧整治是一个系统工程, 不但需要供电部门从自身的设备方面入手进行改造, 还需要机务、工务方面的密切配合。这里我们只从接触网方面、结合现场具备的实际条件和整治成本考虑, 讨论了如下几种整改措施:一是采用增加旋转连接板的可调节长度改善定位坡度;二是在满足运输要求的条件下适当降低接触线导高;三是采用预驰度方法改善接触网弹性;四是合理布置吊弦位置。
2.1 采用增加零件9旋转连接板的可调节长度
增加零件9旋转连接板的可调节长度, 能一定程度改善定位坡度。其加长长度受下面两方面因素的影响。
(1) 隧道拱壁与定位埋入杆件的距离L值, L值施工后就固定了, 所以旋转连接板的长度必须小于L值, 否则就会与隧道拱壁相抵, 造成旋转连接板与定位埋入杆件无法连接。
(2) 旋转连接板加长后弯矩增大, 强度下降。设旋转连接板所能受最大水平负载为δmax, 接触悬挂的水平分力为PR, 则旋转连接板校验强度应为:δmax≤[δ]=PR
因此, 加长后旋转连接板的水平强度应小于值, 才能保证安全运行。因此, 在预制加长型旋转连接板时, 必须经过相应的受力实验后, 才能投入现场使用。
在两河口隧道改造中, 我们使用的旋转连接板由原来的4孔增加至7孔, 即增加66 m m。
如图1所示。
改变旋转连接板长度后定位的坡度变化。
实测定位埋入杆件距悬挂中心的最大距离x=1800mm。
定位器坡度用增加量Δk表示。
Δk=66/x=66/1800=0.037=3.7%
按定位器最小坡度, 则改变旋转连接板长度后定位器坡度在以前的基础上最小增大3.7%, 可一定程度改善定位器坡度。
2.2 适当降低接触线的导高:
成昆接触线高度设计值为5780mm, 但因成昆线电气化属于旧线改造, 隧道净空较低, 无法达到此设计值。但我们可以通过其设计依据来确定其可以达到的最小导高值。
超限货物列车装载高度分为三级, 一级是超限装载物高度为4950mm, 二级超装载货物高度为5000mm, 三级货物装载高度为5300mm。成昆线货物列车最大超限高度5300mm。
接触线的最低高度可表示为:
Hmin为接触线的最低高度;
Y为最大允许货物装载高度, 取5300mm;
D为接触网带电部分至机车车辆及装载货物的距离, 取350mm, 其中考虑50mm列车振动余量;
δ为考虑施工误差、起道等因素, 取50mm;
Hmin=5300+350+50=5700 (mm)
所以接触线高度最大降低量:
H-Hmin=5780-5700=80 (mm)
定位器坡度用增加量Δk1表示。
Δk1=80/x=80/1800=0.04=4%
按定位器最小坡度, 则降低接触线高度80mm后定位器坡度在以前的基础上最小增大4%, 坡度变化较为明显。
2.3 接触线采用预驰度方法改善接触网弹性
法国国铁1966年进行单链形悬挂电力机车高速运行试验, 机车以180～210km/h通过时, 支柱支持点与跨中的央的抬升高度差不超过5mm。日本对支柱装普通吊弦的单链型接触线中央预驰度40mm时, 电力同车以150km/h速度通过时离线率只有3%左右, 说明受流良好。
在没有预驰度时, 当受电弓抬升力作用于接触悬挂时, 接触线就会被抬起, 受电线弓运行轨迹是一个向上凹的弧线, 如图2 (a) 所示。当加设预驰度时, 如2 (b) 所示, 受电弓的运行轨迹就
会是一条水平线。但是必须加设的预度大小合适才行。预驰度可以用运行经验的方法, 如表1所示。
2.4 合理分布吊弦位置
合理分布吊弦的位置有利于调整接触线的驰度, 以改善接触线弹性, 提高接触线的工作质量。
两河口隧道是全补偿简单链形悬挂, 吊弦与悬挂点间距取l/8, 吊弦间距取l/4。
x0为吊弦间距 (m) ;l为跨距长度 (m) ;k为跨距中吊弦根数。
我们以两河口隧道某一长度为35m跨距来校验其坡度。
如图3所示。
全补偿间单链形悬挂, 定位点至第一吊比的距离e为4m。
x0=l/4=35/4=8.75≈9 (m)
得:K≈4
由表查出最优预驰度为30mm。
H1=5780mm;全补偿简单链形悬挂第一吊弦处接触线高度就是设计导高。
校验接触线的坡度:
满足接触线检修标准KJ<3‰, 符合要求。
3 结语
本文就成昆线隧道接触网拉弧整治实例进行了分析、探讨, 着重针对现有的整改条件对各种整治方法进行了可行性分析并提出整改措施, 在两河口隧道拉弧整治中我们对以上所提出的四种方案综合应用, 效果显著。希望能对接触网拉弧整治提供一些有益的参考。
摘要：拉弧是受电弓与接触线间的瞬时脱离, 高电压将受电弓与接触线间的空气间隙击穿形成的电弧。这种现象以长大隧道内尤为突出。本文主要结合成昆线新凉至铁口区间两河口隧道拉弧整治情况, 对拉弧造成的危害、形成原因等方面进行了详细的分析并结合该隧道的整治情况提出合理可行的整改措施, 供大家参考。
关键词：成昆线,隧道拉弧,整治
参考文献
[1] 李伟.接触网[M].中国铁道出版社, 2006.
[2] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社, 2009.
[3] 接触网运行检修规程[S].中国铁道出版社.2010.
[4] 张道俊, 王汉兵.牵引供电规程与规则[M].中国铁道出版社, 1999.
[5] 阎跃宣.接触网[M].北京:中国铁道出版社, 1990.