重载区段接触网电气设备烧损原因分析

张金胜

(大秦铁路公司 大同西供电段,山西大同037005)

大秦线是我国第一条双线电气化重载运煤专线。近年来,随着国民经济持续增长的需要,大秦线的重载运输得到空前的发展。

随着运量逐年大幅度增长,接触网电气设备烧损问题尤为突出,因设备烧损造成的故障也居高不下,成为影响运输的主要干扰源。虽然2004—2005年进行了2亿t、2007—2008年进行了4亿t电气化扩能改造,但设备烧损问题仍时有发生。经过进行现场调查,认真分析,确定原因并制定了有效的设备加强和监控措施,切实提高了供电设备的稳定性。

1 大秦线重载机车的特点

1.1 机车牵引功率大

目前大秦线重载运输采用HXD1和HXD2型大功率交流传动电力机车,机车单轴功率达 1 200 kW,HXD1型机车额定功率达9 600 kW、HXD2型机车的额定功率达10 000 kW。开行单元1万 t、2万 t列车是双机牵引,机车额定功率高达20 000 kW。

1.2 机车牵引电流大

一列2×HXD1(HXD2)型交流传动牵引万吨列车的机车牵引电流约达710 A,使接触网的载流能力和导流能力成为牵引供电系统的关键环节。

2 大秦线接触网导线的配置

大秦线采用AT供电方式,正线和站线均采用铜银合金接触线和铜镁合金承力索。正馈线采用大截面钢芯铝绞线。

2.1 重载区段导线配置标准(见表1)

表1 大秦线导线配置表

2.2 重载区段导线载流量(见表2)

表2 大秦线导线载流量表 A

3 大秦线近年来设备烧损情况

大秦线虽然进行了 2亿t、4亿t扩能改造,各机车牵引电流大,使得部分区段供电薄弱点设备烧损线索配置也采用目前国内性能最好、截面最大、导流性能最佳的铜合金线索。但由于机车功率大、烧损问题凸显。其中部分上网点电连接线夹有过热现象;供电线、正馈线接头线夹有过热烧损现象;软横跨处定位环线夹与定位器的定位钩烧损断裂现象;承力索在电连接线夹内烧损断股、断线现象;菱形分段绝缘器主绝缘滑道烧损断裂现象等相对较为突出。主要故障统计如表3所示。

4 设备烧损原因分析

通过对近年来大秦线设备烧损故障进行综合分析,主要存在以下几个方面的原因。

4.1 电化设计中不足造成设备烧损

在电气化设计中,虽然针对大秦线大运量、大负荷的特性,从变电所内母线至接触网导线配置均能够满足2万t列车的取流要求,但仍存在部分薄弱环节。

表3 大秦线设备烧损故障统计表

(1)大秦线变电所出所馈线采用2×LGJ300线索,正线承力索、接触线均采用铜合金150线索。但变电所、亭上网点处设计采用2×TRJ120线索,与设计的馈线和接触网线索的载流量不匹配。

(2)站场的股道电连接设计中采用站场两端机车起动位置和站场中部各装设一组,由于大秦线开行2万t列车,站场到发线长度达2 800 m,每个站场仅有的3组股道电连接根本无法满足2万t机车的取流要求,造成部分非导流设备参与导流。

(3)变电所出所馈线、供电线、正馈线接头处设计采用单线夹接头方式,造成大电流时接头处单线夹过载运行。

4.2 主导电回路不畅造成设备烧损

接触网主导电回路由馈线、隔开、隔开引线、承力索、接触线、电连接等组成。主导电回路的各部分间由各种线夹(如并沟线夹、电连接线夹、接触线接头线夹、设备线夹等)进行连接。主导电回路必须良好,才能保证牵引电流的畅通。若存有缺陷,将引起局部载流过大,从而烧损接触网设备。

(1)站场侧线接触悬挂取流时根据来电方向可以确定主导电回路的路径与各电气关键接点,若关键接点存在缺陷和不足,将造成主导电回路不畅,直接影响正常取流。如图1所示为一站场下行线部分示意图,当机车在第1取流区域时,主导电回路中的关键电气接点是1#,3#线岔电连接以及股道电连接2;当机车在第2取流区域时,主导电回路中的关键电气接点是1#,3#线岔电连接以及股道电连接1,2;当机车在第3取流区域时,主导电回路中的关键电气接点是:1#,3#,2#,4#线岔电连接以及股道电连接1,2。

(2)电气连接部分因连接不良或长时间运行松动等原因引起的电、化学腐蚀,造成主导电回路的截面不足,电气连接阻抗加大,从而导流不畅,烧损接触网设备。如不等径线索连接时,线夹大小槽装反,使得线夹与线索不密贴,造成间隙放电;铜线与铝线连接时铜铝过渡线夹、设备线夹使用不当,铜铝氧化造成电腐蚀烧损设备;线索氧化后接触不良造成导流不良过热等。

图1 机车站场取流示意图

4.3 零部件分流现象造成设备烧损

站场接触网结构比较复杂,在进行电气连接时,由于种种原因造成迂回供电,引起接触网零部件分流而烧损设备。

(1)变电所出所馈线上网点处,通常馈线上网直接通过引线与正线接触网连接,未对其他股道进行上网,致使机车在未设馈线上网的站线股道取流时,电流要从馈线上网的股道中部分设备迂回到站线,致使部分电流通过软横跨到达机车受电弓。软横跨的上下部定位绳、斜拉线、定位环线夹和定位器等设备参与导流,使得这些非导流设备中有部分牵引电流通过,极易造成斜拉线、定位环线夹、定位器的定位钩等设备烧损。

(2)软横跨中定位环线夹与定位器为环状铰接方式,当电力机车通过时,受电弓的抬升力使定位器瞬时减载,导致定位器与定位环线夹间拉力减小,两者接触电阻加大,分流电流通过时会造成发热现象;当直线区段拉出值较小时,受电弓通过时的振动和抬升力会使定位器与定位环线夹瞬间分离,分流电流引起拉弧,长时间也会造成定位环线夹与定位器的定位钩连接处烧损。

(3)部分股道电连接设置距软横跨较远,由于电力机车起动电流大,使得大起动电流通过较近的软横跨进行分流,使得软横跨零部件烧损问题较为突出。

4.4 电流非正常转换造成设备烧损

(1)两同相不同供电臂衔接处的常开绝缘锚段关节处,因供电臂的长短以及机车取流情况,常开绝缘锚段关节的两侧往往会形成较大的压差,电力机车通过时会引发拉弧现象。如大秦线湖东站大同县方向的绝缘关节,拉弧现象尤为突出。前期大秦线2万t列车均由4辆SS4型电力机车组合牵引,采用1+2+1的机车牵引模式。这样2万t通过时,当前面的3台机车已经通过锚段关节进入下一个供电臂而末台机车未通过绝缘关节仍在站场供电臂运行,由于相邻供电臂在3台机车的取流下网压极速下降与相邻供电臂形成较大压差,在末台机车通过时由于压差会形成较大的拉弧现象,对绝缘关节处接触网设备造成较大的影响。

(2)两同相不同供电臂衔接处的分段绝缘器,由于不同供电臂之间的压差,造成机车通过时在转换点处分段主绝缘滑道烧损严重。大秦线发生了多起FHL菱形分段绝缘器主绝缘滑道烧损断裂的设备故障,严重影响正常供电。

5 设备改进措施

5.1 加强设备导流能力,消除设计不足

(1)在大秦线变电所、分区亭上网点处采用 4×TRJ120线索,使得 2×LGJ300的出所馈线与 150型铜接触网线索连接部位的载流量相匹配。

(2)增设站场股道电连接,大秦线目前站场按照600 m一组的标准设置股道电连接。

(3)变电所出所馈线、供电线、正馈线接头处采用双线夹接头方式,增加线索接触面积,增强线索接头、线夹处的大电流通过能力。

5.2 加强主导电回路,减小零部件分流

(1)变电所、分区亭供电线上网点电连接装在正线接触网上,站场上网点处站线必须装设股道电连接与正线连接。

(2)在取流的关键处所增加股道电连接,减小零部件分流。如图2所示,当机车在站场支线(或机车走行线)取流时,在软横跨001#～002#处,Ⅰ、Ⅲ道间的横承力索与上下部固定绳参及连接零部件的导流,容易烧损设备,须在软横跨的电源侧增设1组股道电连接。

(3)股道电连接安装位置距离软横跨悬挂点5 m处。

图2 站场增设股道电连接示意图

5.3 加强设备改造,减小电流转换造成的设备烧损

(1)对绝缘锚段关节进行局部调整改造,将中心柱处等高点距离延长,即在锚段关节中心柱处定位点两侧第一根吊弦之间(10 m范围内)将两接触线调整至相对于轨平面等高。同时在中心柱两侧距离第一根吊弦200 mm处增设4组横向电连接,通过横向电连接加强该处承力索的分流能力,使得在受电弓同时接触两条接触线产生电弧时,电弧通过横向电连接引向承力索时,极大的减小了接触线因拉弧造成的烧损现象。

(2)对大秦线使用的菱形分段绝缘器(FHL型消弧分段绝缘器)进行更新,目前大秦线全线更新为XTK消弧分段绝缘器,有效的提高了分段绝缘器的可靠性。

6 设备监控措施

(1)加强夜间设备巡视。每月由供电段工程技术人员和车间干部组织一次夜间巡视,重点检查接触网主导电回路各电气接点有无过热、发红、放电、闪络现象。对昼间有放电声、接触不良的处所进行重点检查。

(2)通过测温片进行实时监控。在主导电回路上网点、电连接器、隔开引线、供电线、正馈线接头线夹等关键位置粘贴测温贴片。昼间巡视时重点观察测温贴片颜色是否发生变化。粘贴测温贴片处设备达到60℃变为黑色,达到70℃变为绿色,80℃变为红色。

(3)通过红外线测温仪进行全面监控。用红外线测温仪对主导电回路关键位置每季进行一次全面测量。所有测温必须在负荷电流突出的时段进行,即每次测温前电话与相应变电所联系,在单条馈线负荷电流大于450 A,以及该供电臂上、下行负荷电流累加超过700 A时进行测温。

(4)通过红外热成像仪进行重点监控。对测温片变色和红外线测温仪测量温度超标的设备,用红外线热成像仪进行重点监控,分析该设备的内部温度分布状况,便于准确掌握该设备的发热点和薄弱点。

7 结束语

随着大秦线运量的增加,供电负荷逐年增大,接触网电气设备烧损的新问题、新情况将会不断涌现。只有通过按周期进行设备巡视,用高科技手段进行设备监控分析,找准问题的真正原因。针对性的进行设备加强、改造和日常精细化的设备检修,就能够从根本上避免设备烧损问题的发生。

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2003.

[2] 中铁电气化局集团有限公司译.电气化铁道接触网[M].北京:中国电力出版社,2004.

[3] 马时达.牵引供电中接触网电气设备烧伤及防治措施浅析[J].上海铁道科技,2008,(2):45-46.