电气化铁路典型弓网故障分析
作者：曹志勇
来源：《城市建设理论研究》2013年第15期
【摘要】电气化铁路接触网作为直接向电力机车、动车组供电的输电线路，电力机车、动车组在运行过程中受电弓与接触网发生的弓网故障是电气化铁路的常见故障，本文将对典型弓网故障进行分析，从弓网关系入手，分析造成弓网故障产生的各种因素，并提出预防和减少接触网故障的措施。
【关键词】电气化铁路弓网故障分析
中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
1 电气化铁路的组成
电气化铁路由电力机车和牵引供电系统组成。
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，接触网通过电力机车（动车组）顶部的受电弓向电力机车（动车组）提供电能。
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1所示。
2.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，一个运行状态良好的接触网应满足以下基本要求：
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
3.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。
其各种零件上千种,与铁路各部门都有自然、必然的联系，其所发生的故障也多种多样,在众多的接触网设备故障中，破坏范围最大、危害性最大、停电时间最长、处理恢复最难的故障为弓网故障，因此，供电段、机务段、铁路局以及铁道部均把弓网故障列为重点整治的惯性故障，可见各级管理部分对弓网故障的重视程度。
4. 典型弓网故障案例
2006年12月6日在京广线保定南站，电力机车由侧线4道进入正线II道时在10＃道岔处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
该次故障是电力机车由侧线4道进入正线II道时在10＃道岔处受电弓钻入正线接触网内的。
该故障发生在道岔上。
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3所示。
故障发生后，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。
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50～70mm，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50～60mm，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4所示。
故障现场测量数据显示，两接触线高差达40mm，在受电弓作用下，两线高差达到90～110mm，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、拉弓故障。
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。
4.1 线岔处易发生故障的原因分析
道岔处是接触网易发生故障的地带，根据线岔的技术标准和故障分析总结，线岔处的故障原因如下：
⑴线岔中两支接触线交叉点位置小于岔心轨距比630mm处，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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸线岔处电连接器状态不良（如松弛或线夹歪斜）引起刮弓。
⑹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。
⑺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。
4.2 线岔处弓网故障预防措施
由于接触网线岔处发生弓网故障多，通过不断现场调查研究，总结出以下预防弓网故障的措施：
（1）加强对两接触线的交叉点位置的检测，确保交叉点位置符合设计要求。
（2）在交叉点接触线相距500mm处，两支均为工作支时，由正线与侧线组成的线岔，侧线接触线比正线接触线高20mm，由侧线与侧线组成的线岔，两接触线等高。
当一支为非工作支时，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1~3mm的间隙，防止卡滞现象。
（5）160km/h及以下区段的线岔两工作支中任一工作支的垂直投影距另一股道线路中心550mm-800mm的范围内，不得安装任何线夹。
⑹加强带电测量，严格按照周期要求对线岔的技术状态进行测量，换季季节和气温急剧变化时，还要缩短其测量周期。
由于采取以上的预防措施，在线岔处发生的弓网故障较以前少了许多，最近几年，线岔处的弓网故障逐年下降。
５结束语
为了保证接触网的安全运行，首先应该掌握接触网运行的客观规律，有针对性地加强接触网的检查维修手段。
以使其不出故障或尽量少出故障。
另一方面，一旦接触网发生故障，必须迅速进行抢修，尽量缩小短中断供电时间，在最短时间内送电通车。
还有一方面，就是设计，管理人员应该不断总结运行经验，在技术标准、材料设备的设计上加以改进提高，以不断增强接触网运行的安全可靠性。
参考文献
（1）于万聚.接触网设计及检测原理.成都.西南交通大学出版社.1991年
（2）黄元才.吴良治.交流电气化铁道接触网.北京.中国铁道出版社.1988年
（3）赵世耕.接触网安全运行的研究.西安.西安科研所.1998年
（4）电气化铁道施工手册.北京.中国铁道出版社.1987年
（5）谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统.成都.西南交通大学出版社.2000年
（6）阎跃宣.接触网.北京.中国铁道出版社.1990年
（7）汪松滋. 电气化铁道接触网故障与安全运行.北京.中国铁道出版社.1993年
第一作者简介：张红霞，女，出生于1981年4月27日，于2004年7月毕业于石家庄铁道学院电气工程及其自动化专业，大学本科，现职称为助理工程师，通讯地址：湖北省襄樊市中铁十一局六公司。