邓建峰，张宝奇，茹庆文
近年来，路内弓网故障频发，究其原因多为接触网检修不到位，设备参数超出限界值等。弓网故障的频发对接触网设备的标准化维修、机车受电弓与接触网匹配及配合关系提出了更高的要求。2022年郑州局管内某枢纽地区发生一起弓网故障，本文将通过对该故障原因进行分析，还原故障发生时的实际情况，并对如何防止弓网故障的对策及建议进行探讨。
2022年1月12 日9：42，郑州北下发场江岸机务段（并值乘）HXD1B型327号机车转线时（计划1道出4道连挂），因弓网故障，机车停于郑北下发场南咽喉 N332道岔处，接触网未跳闸。11：20，司机请求郑州北下发场供电臂停电登顶处理受电弓，11：51处理完毕，接触网恢复供电。列车运行径路如图1所示。
图1 列车运行径路
2.1 主要原因
经调查分析，对此次弓网故障的主要原因进行分析。
（1）交叉渡线线岔500、800 mm处两接触线高差超标。郑北下发场N305-N307-N309-N311交叉渡线道岔中心限制管北侧，两接触线在500、800 mm处的高差分别为32、39 mm（东侧接触线比西侧接触线低）。电力机车通过该处时，受电弓运行方向左侧弓角刮碰运行方向东侧接触线，导致受电弓后仰变形。受电弓后仰变形的电力机车经下发场Ⅰ道继续向南咽喉运行，运行至N368道岔处，受电弓经第一打弓点刮碰后，疲劳破损断裂。残余受电弓发生偏斜，右侧弓角钻入下发场 147#支柱北侧西支第一吊弦接触线上方，受电弓与吊弦打碰后落下，电力机车在下发场 151#支柱北侧 5 m 处（N332道岔岔尖）停车。郑州北下发场N305-N307-N309-N311交叉渡线线岔示意如图2所示。
图2 郑州北下发场N305-N307-N309-N311交叉渡线线岔示意图
（2）交叉渡线线岔吊弦间距过大。郑北下发场 N305-N311交叉渡线线岔中心限制管北侧东支接触线吊弦间距超过12 m（达到警示值），造成该区域接触线高度无法调整到位，是造成与西侧相邻接触线高差超标的主要原因。电力机车运行至下发场 N305-N307交叉渡线道岔时，受电弓挤碰线岔东侧高度较低的接触线。
（3）交叉渡线线岔接触线布置不正确。郑北下发场N305-N311交叉渡线线岔由8#锚段和渡3#锚段组成，其中8#锚段接触线全长1 535 m，渡3#锚段接触线全长130 m。两支悬挂接触线张力均为8.5 kN。交叉渡线线岔中心限制管处，8#锚段接触线位于渡 3#锚段接触线下方，违反《普速铁路接触网运行维修规则》（铁总运[2017]9号）第一百一十八条规定：“由侧线和侧线组成的交叉线岔，距中心锚结较近的接触线位于下方”[1]。下发场 8#锚段承力索于2020年5月更换，受线索初伸长及温度变化影响较大，交叉线岔500、800 mm处水平及交叉点位置等几何参数随之会发生变化。
（4）电力机车受电弓弓角在通过线岔时，未起到防止钻弓的作用。HXD1B型电力机车采用TSG15B型受电弓（如图3所示），弓头两端向下倾斜的弓角可以防止受电弓发生钻弓现象。在正常环境下，接触网在受电弓的滑板范围内运行。在过线岔时，弓角将起作用。装设在郑州北站故障地点附近的站场视频监控录像设备录下了此次弓网故障的完整过程，视频显示在该交叉渡线线岔始触区，受电弓弓角与滑板衔接处（见图3中的连接点A）挂绊接触线造成弓网故障。
图3 TSG15B型受电弓
2.2 根本原因
为彻底查清故障原因，通过查阅相关资料和进一步现场调查，深入分析此次弓网故障发生的根本原因，对TSG15B受电弓与交叉渡线线岔匹配关系特点有了更深刻认识，为进一步采取有效措施，彻底消除安全隐患提供了技术支持。
（1）TSG15B受电弓与交叉渡线线岔匹配存在安全隐患。
根据 TSG15B受电弓生产厂家技术文件和现场实测该受电弓外形尺寸数据（如图4所示），弓角与滑板连接点距受电弓中心1 502/2=751 mm处，低于受电弓顶面约58.7 mm。弓角与滑板连接点处于国内外电气化铁路普遍采用的距离受电弓中心600～1 050 mm（抬升量200 mm）的线岔始触区位置。而TSG15B受电弓弓角与滑板衔接处存在开口，细部照片如图5所示。我国接触网维修限界值标准为线岔始触区两支接触线水平高差30 mm，按受电弓抬升量20～40 mm计算，理论上，正常受电弓弓角与滑板衔接处开口就不能满足受电弓从道岔开口侧进入时受电弓表面平滑驶入另一股接触线的要求。
图4 TSG15B受电弓外形尺寸
图5 TSG15B受电弓弓角与滑板衔接处实物
我国干线区段标准受电弓轮廓如图6所示，由于不存在受电弓弓角与滑板衔接处开口，可以满足线岔处受电弓平滑驶入另一股接触线表面要求。我国高铁目前普遍采用的西门子和法维莱受电弓虽然滑板和弓角非整体制作，但轮廓上表面也能很好满足平滑衔接要求。
图6 我国干线区段标准受电弓轮廓（单位：mm）
（2）交叉渡线线岔处两支接触线夹角大造成TSG15B受电弓在始触区过渡不平滑。
我国电气化铁路常见的50轨12号道岔组成的交叉渡线道岔的辙叉角为 9°31′，而单开道岔的辙叉角则小一些。交叉渡线道岔的辙叉角近似等于组成交叉渡线线岔的两支接触线夹角。不难理解，对于受电弓弓角与滑板衔接处存在开口的 TSG15B受电弓，组成线岔的两支接触线夹角越大，在线岔处将要驶入受电弓表面的接触线更容易卡在弓角与滑板衔接处存在的开口处。
德国铁路在交叉渡线和复式交分道岔处接触网设计了双交叉点线岔，某种双交叉点线岔限制管安装实景见图7。我国在哈大线电气化改造和京津城际铁路建设时引进该种线岔结构。相比我国目前普遍采用的交叉渡线线岔结构，该种线岔确保了在线岔始触区两接触悬挂接触线在受电弓同一侧要求，安全可靠性高。
图7 双交叉点线岔限制管安装实景
2018年版的德国《电气化铁路接触网》一书介绍了德国铁路受电弓1931—2017年演变历史。1931年版和2001年版德国铁路受电弓轮廓如图8所示，其中，2001年版德国铁路受电弓轮廓在2014年作为欧洲互连互通受电弓轮廓使用至今。2001年版德国铁路受电弓轮廓比1931年版显著差异是在总宽度1 950 mm不变条件下，工作区宽度从1 500 mm增加到了1 650 mm，即单边摆动区由200 mm变为275 mm。
图8 德国铁路受电弓轮廓（单位：mm）
由于 TSG15B受电弓弓角与滑板衔接处存在开口，以及交叉渡线线岔处存在较大的接触线夹角，在某些运行条件巧合时易引发弓网故障，TSG15B受电弓与交叉渡线线岔弓网匹配关系存在安全隐患。为提高弓网关系安全可靠性，从接触网和受电弓两方面提出对策建议。
德国铁路交叉渡线线岔方案过于复杂，我国60多年的接触网运行实践也表明，只需控制好交叉渡线线岔弓网关键参数，即可以满足安全要求。但保证交叉线岔弓网安全可靠性的其他重要手段仍可加强：一是交叉吊弦使用，安装交叉吊弦后，工作支抬升，始触区内另一支接触线可同步抬升；
二是采用同步性能好的新型线岔限制管，如B型、C型线岔限制管（不用A型），国铁集团企业标准中的3种线岔限制管，线岔主要参数见表1，根据工程实际，优化交叉渡线线岔处间隙D值；
三是运行维修中严格控制始触区两支接触线高差，确保其始终处于安全值范围以内。
表1 线岔主要参数
技术分析表明，由于交叉渡线线岔未设接触网定位支柱，从实现始触区处两支接触线在受电弓同一侧方面改善，效果不明显，可不予考虑。
在受电弓方面，目前国内仅和谐电1型电力机车采用TSG15B型受电弓，应积极联系厂家，采取相应措施消除该受电弓滑板与弓角连接处的卡口，满足交叉渡线线岔始触区弓网关系安全要求。
弓网故障多发于接触网线岔处，从研究弓网配合关系入手，结合接触网线岔静动态及弓网匹配参数分析，采取对线岔精准检修、卡控技术参数、优化线岔装置以及优化受电弓结构等措施，避免接触网线岔处弓网故障的发生，以提高电气化铁路接触网运行的安全性和可靠性。
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