大风区接触网单腕臂道岔柱装配缺陷例析

张国栋

大风区接触网单腕臂道岔柱装配缺陷例析

张国栋

针对接触网道岔柱单腕臂双限位定位器装配时存在的安全隐患，分析其装配的不合理性，并进行实地调查及定位器偏移测量，通过实施风区接触网道岔柱由单腕臂更换为排架双腕臂装配的变更措施，消除了设备缺陷和安全隐患，避免了极限偏移情况下发生弓网事故的可能，实现了设备的安全可靠运行。

接触网；道岔柱；单腕臂装配；缺陷

0 前言

敦煌铁路柳敦段电气化改造工程施工中，水库北、小宛、龙口坝、瓜州、四工农场等车站接触网道岔柱采用整体钢腕臂结构单腕臂装配形式，在极限环境温度条件下，部分线岔处定位器偏移量过大，无法满足定位器运行要求，给供电设备稳定运行带来安全隐患。

1 接触网线岔

在电气化铁路上，车站2股道轨道相交处形成道岔，2股道接触网在道岔上方交叉形成线岔。线岔的作用是保证电力机车受电弓安全平滑地由一条接触线过渡至另一条接触线，达到转换电力机车受电弓运行路径的目的。

如同道岔的形式多种多样，线岔的结构形式也分多种。依据道岔处正线与侧线或侧线与侧线2组接触网悬挂是否有相交点，线岔可分为无交叉线岔和交叉线岔2种。线岔也可以理解为电力机车受电弓在车站钢轨上方2组接触悬挂间实现过渡的特殊设备。

交叉线岔是电气化铁路创建之初就广泛采用的结构形式，在我国，交叉线岔设计、施工、运行已有近40年的历史。40年的运行实践证明，接触网交叉线岔结构形式简单可靠、便于施工安装和运营维修，适于低速、中速运行，目前在我国运行速度120 km/h及以下的铁路线路接触网中普遍采用。

交叉线岔由2支相交接触线、1根限制管和固定限制管的线夹、螺栓等组成。限制管两端用定位线夹固定在下方的接触线上，通过限制管将2支相交接触线互相贴近，当上方接触线升高时，可利用限制管带动下方接触线同时升高，以消除始触区2根导线的高差，实现受电弓在接触线间安全、可靠转换。

2 敦煌铁路交叉线岔装配分析

敦煌铁路柳敦段K101+000—K160+297为非风区设计，接触网采用德系装配，道岔柱设计为单腕臂，即在同一腕臂上装配组成线岔的正线与侧线2组接触悬挂。由于定位器与定位管以钩、环方式连接，在温度恒定时定位器垂直于线路，在极限温度时，定位器在水平方向可180°偏转。理论上，定位器的长度应满足在极限温差时的最大偏移量，该接触网交叉线岔装配形式满足安全运行需求。

敦煌铁路柳敦段K000+000—K101+000为风区设计，为保证大风区段支撑、定位装置的稳定性，接触网采用日系整体钢腕臂结构和断线防脱落功能的弹性限位定位器。道岔柱亦设计为单腕臂。弹性限位定位器与定位管通过定位支座连接，定位器的铜质弹簧拉杆及定位环安装于60 mm宽的定位支座夹板中，当长度为1 200 mm的弹性限位定位器纵向偏移450 mm以上时，定位环在定位支座夹板中左右偏转受限（如图1、图2所示）。该接触网交叉线岔装配形式不能满足极限温度下的安全运行需求。

接触网交叉线岔处整体钢腕臂结构与单腕臂套用的方式，可以解决风区支撑、定位装置不稳定的问题，但会由此产生极限温度下接触线偏移受限的问题。

图1 定位器实物安装图

图2 定位器纵向偏移示意图

3 敦煌铁路交叉线岔实地测量数据分析

敦煌铁路柳敦段水库北、小宛、龙口坝、瓜州、四工农场车站共有24组线岔，其中6组接触网线岔因组成线岔的2接触悬挂中心锚结分别位于线岔岔心两侧，为整体钢腕臂结构用于道岔柱单腕臂装配的最不利局面，当温度变化时线索偏移方向不同，造成弹性限位定位器偏移量超出最大允许偏移量450 mm，不能满足运行要求。

3.1 水库北车站

1号线岔岔心位于057#支柱处，由Ⅱ道与3道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在061#支柱，位于敦煌方向距岔心165 m处，3道中心锚结在031#支柱，位于柳沟方向距岔心540 m处（图3）。

图3 水库北车站线岔布置示意图

3.2 小宛车站

1号线岔岔心位于052#支柱处，由Ⅱ道与3道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在056#支柱，位于敦煌方向距岔心210 m处，3道中心锚结在031#支柱，位于柳沟方向距岔心495.4 m处；3号线岔岔心位于050#支柱处，由Ⅱ道与1道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在056#支柱，位于敦煌方向距岔心265 m处，1道中心锚结在030#支柱，位于柳沟方向距岔心500 m处（图4）。

图4 小宛车站线岔布置示意图

3.3 瓜州车站

17号线岔岔心位于020#支柱处，由Ⅱ道与1道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在010#支柱，位于柳沟方向距岔心310 m处，1道中心锚结在038#支柱，位于柳沟方向距岔心465 m处（图5）。

图5 瓜州车站线岔布置示意图

3.4 四工农场车站

4号线岔岔心位于019#支柱处，由Ⅱ道与3道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在014#支柱，位于柳沟方向距岔心210 m处，3道中心锚结在041#支柱，位于敦煌方向距岔心530 m处；2号线岔岔心位于017#支柱处，由Ⅱ道与1道线索相交组成。Ⅱ道中心锚结在014#支柱，位于柳沟方向距岔心160 m处，1道中心锚结在038#支柱，位于敦煌方向距岔心525 m处（图6）。

图6 四工农场车站线岔布置示意图

4 大风区单腕臂道岔柱装配隐患分析

以敦煌铁路柳敦段大风区小宛车站1号线岔为例对定位器偏移情况进行分析。

4.1 道岔柱距中心锚结的距离

小宛车站1号线岔道岔柱为052#支柱，线岔由悬挂侧线3道与正线Ⅱ道线索相交组成。3道中心锚接在031#支柱处，道岔柱距中心锚结的距离为495.4 m。Ⅱ道中心锚接在056#支柱处，道岔柱距中心锚结的距离为210 m，3道和Ⅱ道中心锚结分布在道岔柱的两侧。

4.2 线岔处定位器在极限温度下的偏移量

（1）最低气温时侧线定位器的偏移量可由下式计算得到：

X=α×L×(Tp-Tmin)

=17×10-6×495.4×103×[12.5-(-30)]

=357.9 mm

（2）最低气温时正线定位器的偏移量由下式计算得到：

X=α×L×(Tp-Tmin)

=17×10-6×210×103×[12.5-(-30)]

=151.7 mm

式中，X为定位器偏移量；α为铜接触线线胀系数；L为线岔岔心距中心锚结的距离；Tp为敦煌铁路设计的定位器无偏移温度；Tmin为最低温度。

（3）正线定位器相对于定位管的偏移量。

在定位器无偏移温度时，线岔处整体钢腕臂结构、正线和侧线弹性限位定位器在同一铅垂面内，均垂直于线路中心线。由上述计算可知，当温度降低时，侧线定位器随腕臂、定位管一同向3道中锚侧偏转，在最低气温时，偏移量为357.9 mm；正线定位器向Ⅱ道中锚侧偏转，在最低气温时，偏移量为151.7 mm。因此，正线定位器相对于定位管的偏移量为2定位器偏移量之和，即509.6 mm。定位器相对定位管偏移示意如图7所示。

图7 定位器相对定位管偏移示意图

4.3 定位器偏移情况分析

汉和飞轮（北京）电气化器材有限公司提供的定位器说明：“线路所采用的带弹簧的弹性限位定位装置，1200型定位器从线夹处的安装位置开始，设计最大抬高量为200 mm，95型定位器设计最大抬高量为180 mm；弹性限位定位装置从标准位置可以左右转动450 mm，安装前首先检查定位管与导线之间的距离，必须保证导线到定位管距离为500±20 mm”。从小宛车站1号线岔的计算结果看，当达到最低温度时，正线定位器相对于定位管的偏移量为509.6 mm，偏移量已大于该类定位器的最大允许偏移量（450 mm）。

《普速铁路接触网运行维修规则》（铁总运[2017]9号）第135条规定：“极限温度时定位器偏移值不得大于定位器管长度的1/3”。该种定位器长度为1 200 mm，实际偏移量也已大于定位器长度的1/3，即400 mm。《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》5.14.2条规定“定位器偏角最大不得大于18°”，根据偏移量计算，正线定位器与定位管的偏转角度已远大于18°（实际偏移角度为α =arctg 509.6/1 200=23.03°）。

以相同方法计算，最低温度时水库北车站1号线岔正线定位器相对于定位管的偏移量为509.36 mm，小宛车站3号线岔正线定位器相对于定位管的偏移量为552.71 mm，瓜州车站17号线岔正线定位器相对于定位管的偏移量为559.94 mm，四工农场车站4号、2号线岔正线定位器相对于定位管的偏移量分别为534.65、494.91 mm。由此可见，定位器在设计规定的最低温度情况下，实际偏移量都超出其允许偏移量（450 mm）。在大风区段，当整体钢腕臂结构用于道岔柱单腕臂装配时，相交组成线岔的2根导线会因偏移方向不同，存在定位线夹拉脱或参数超标引发弓网故障的风险。

5 大风区单腕臂道岔柱装配整改措施

敦煌铁路风区线岔存在安全隐患的根本原因是整体钢腕臂结构用于道岔柱单腕臂装配，采用具有断线防脱落功能的弹性限位定位器对组成线岔的2支接触线定位，当2接触线中心锚结分别在线岔岔心两侧时，其中必有一套定位器的偏移量是组成线岔的2支接触线偏移量的叠加，造成定位器偏移超限。

综上所述，解决敦煌铁路大风区段接触网线岔安全隐患的最佳方案是将整体钢腕臂结构单腕臂双限位定位器装配变更为采用排架双腕臂结构，如图8、图9所示。

接触网道岔柱采用排架双腕臂结构，即采用2套整体钢腕臂分别对组成线岔的2支接触线定位，即使2接触线中心锚结不在线岔岔心的同侧，由于定位器仅受所定位接触线偏移量的影响，从计算结果分析，弹性限位定位器偏移量可控制在允许范围内，同时不改变设计初衷，保留整体钢腕臂结构和弹性限位定位器装配形式，保证大风区段支撑、定位装置的稳定性。

图8 排架双腕臂结构

图9 单腕臂双定位器装配

6 结语

在进行装配比对、现场调查和数据计算原因分析的基础上，经与设计、施工方对敦煌铁路风区单腕臂双限位定位器装配的线岔进行研讨，认为在大风区段当整体钢腕臂结构用于道岔柱单腕臂装配时，若相交组成线岔的2接触线中心锚结在岔心两侧，因偏移方向不同，存在定位线夹拉脱或参数超标引发弓网故障的风险。基于上述分析，制定了相关整改措施，优选将整体钢腕臂结构单腕臂双限位定位器装配变更为排架双腕臂结构为最终方案。整治后敦煌铁路柳敦段水库北车站1号线岔、小宛车站1号、3号线岔、瓜州车站17号线岔、四工农场车站2号、4号线岔的运行状态和最低温度下的测量数据显示，整改措施有效，方案结论正确。

[1]吉鹏霄，张桂林，等.电气化铁路接触网[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]李伟.接触网基础知识[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[3]吴积钦.受电弓与接触网系统[M].成都：西南交通大学出版社，2010.

[4]于小四.电气化铁道接触网实用技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2009.

With regard to the potential safety hazards existed during assembling of dual limited steady arm on single cantilever on OCS point mast,the paper analyzes the irrationalities of the assembling,introduces the elimination of equipment defects and potential safety hazards on the basis of site investigation and measurement of steady arm offset,by implementing the modification measures for changing the single cantilever to the rack type dual cantilever on the OCSpoint mast at strong wind area.These will avoid the possibilities of occurrence of pantograph-catenary accidents under maximum offset of steady arm and realizethesafety and reliableoperation of theequipment.

OCS;point mast;singlecantilever assembling;defects

U225.4+2

B

1007-936X(2017)06-0040-04

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.011

张国栋.兰州铁路局嘉峪关供电段，工程师。

2017-02-16