接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

毕业设计（论文）

中文题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

学习中心（函授站）：洛阳教学中心

专业：电气工程及其自动化

姓名：肖绍航

学号：

指导教师：马雪琴

北京交通大学远程与继续教育学院

2021年3月20日

毕业设计(论文)承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：_____肖绍航____ ___2014__年_12_月_10_日

指导教师签名：_________________ ______ 年__月____日

北京交通大学

毕业设计(论文)成绩评议

年级层次专业姓名

题目

指

导

教

师

评

阅

意

见

成绩评定：指导教师：

年月日

评

阅

教

师

意

见

评阅教师：

年月日

答

辩

小

组

意

见答辩小组负责人：

年月日

北京交通大学

毕业设计(论文)任务书

班级 2012（春）级电气工程及其自动化学生肖绍航学号

题目接触网棘轮补偿装置使用问题及对策

一、设计（论述）内容：

随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。

要求通过对使用的棘轮补偿装置，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及接触网设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。

二、基本要求：

1．理论联系实际；

2．观点正确、文档规范。

三、重点研究的问题：

1、接触网；

2、补偿装置构造原理；

3、补偿装置的种类及应用；

4、棘轮补偿装置；

5、使用中存在的问题及对策

四、主要技术指标：

无。

五、其他要说明的问题

无。

下达任务日期： 2014年 12月 10 日

要求完成日期： 2015年 3月20日

答辩日期： 2015年5月 24 日

指导教师：

开题报告

题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

学员姓名：肖绍航学号：时间：2014年12月10日

一、文献综述

近年来随着铁路向高速、重载的方向发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足等方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。

二、选题的目的和意义

选题背景出自2009年以来，为了提高接触网悬挂补偿性能和发生供电故障时能够缩小事故破坏范围和程度，接触网补偿装置在由原来的滑轮补偿向棘轮补偿更新普及使用中，如2009年12月份新建电气化投运的焦柳南线关林至郜营段，承力索中心锚结设计要求正线采用防断型，因部分站场正线、区间长大桥梁不具备承力索中锚下锚安装拉线条件，而采用了防窜式，从而补偿装置采用了棘轮补偿装置。现对目前焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上安装使用的棘轮补偿调查统计，并对所发生的缺陷和设备隐患进行梳理分析，且针对每项缺陷提出了整改措施。

首先是对接触网的构成做简单介绍，接着陈述了接触网补偿装置的原理、构造，以及近几年来采用的补偿装置类型和应用，最后重点对棘轮补偿做分析研究，结合现场实际现象，结合理论分析，整理了棘轮补偿在使用过程中常见的问题，并提出相应整改措施。

三、研究方案：

第1章接触网

1.1 接触网的概述

1.2 接触网的分类

1.3 接触网的特点及要求

第2章接触网补偿装置

2.1 接触网补偿装置的作用与技术要求

2.2 接触网补偿装置的组成

2.3 接触网补偿装置的安设与要求

2.4 接触网补偿装置的a、b值

第3章接触网补偿装置的种类与应用

3.1 补偿装置的种类

3.2 各种补偿装置的特点

3.3 各种补偿装置的应用情况

第4章接触网棘轮补偿装置

4.1 棘轮补偿的的组成

4.2 用途

4.3 种类及规格

4.4 产品及安装示意图

4.5 技术条件

第5章棘轮补偿装置使用问题分析及对策

5.1 补偿绳偏磨问题

5.2 补偿绳扭绞问题

5.4 补偿绳圈数过多

5.5 建议

四、进度计划：

2014年12月10日—2015年1月31日完成第一章、第二章、第三章；2015年2月1日—2015年2月28日完成第四章、第五章；

2015年3月1日—2015年3月20日审核、校对。

五、指导教师意见：

指导教师：

年月日

中 期 报 告

题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

学生姓名：肖绍航 学号： 题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

报告人：肖绍航

一、总体设计

随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。

本文通过对焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上使用的棘轮补偿装置所发生的缺陷和设备隐患进行调查统计，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。

二、框架（框图）

三、进展情况 接触网概述 接触网补偿装置的原理 接触网补偿装置的种类与应用

棘轮补偿装置 受电弓及其特性 使用中存在的问题及对策

三、进度安排

四、指导教师意见

1

第1周 了解接触网设备构造，补偿装置等关键设备。 2 第2周 分析接触网补偿装置的原理，查找其种类及其应用，结合近几年

补偿装置的发展应用状况，分析比较其优缺点。

3 第3周-第6周 重点研究棘轮补偿装置的构造、性能、补偿原理、材料、技术标

准、具体应用处所，熟悉其安装规范。

4 第7周-第12周 查找近几年棘轮补偿在使用中存在的缺陷，分析其原因，找出相

应的解决措施办法。

5 第13周-第14周

利用VC 实现编解码系统人机界面。

6 第15周 完成论文，答辩，英文翻译。

结题验收

一、完成日期

二、完成质量

三、存在问题

四、结论

指导教师：

年月日

接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

摘要

随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。

本文通过对焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上使用的棘轮补偿装置所发生的缺陷和设备隐患进行调查统计，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。

关键词：接触网；棘轮补偿；问题分析；对策。

Catenary ratchet compensator using problem

analysis and countermeasures

Abstract

With the development of railway in the direction of the overloading, the requirement of traction power supply system security, stability is increasing day by day, catenary as the main carrier of railway power supply, and security of electric locomotive running continuously core power. Ratchet compensation device due to its compensation. The good characteristics of high efficiency, break line stop. On the high-speed rail has been comprehensively used, at the same time has also been widely used in sd railway. In the operational use, because of the imperfect product technology, construction installation does not reach the designated position, operation and maintenance experience problems, caused the catenary running safety risk.

Grew up in this article, through focusing willow line, duct section Bridges and ratchet compensation device used on the battlefield, according to the methods and measures to solve the problem of ratchet compensator, minimize ratchet compensator its problems caused by net power supply equipment failure, technical parameters and the systemic analysis of the site environment, discusses the one set of the test method is applicable to existing lines, and popularization and application in daily equipment maintenance, ensure the security of the catenary device power supply. Keywords：Catenary；Ratchet compensation；Analysis of the problem；Countermeasures.

目录

摘要......................................................................... I Abstract...................................................................... II 前言. (1)

第1章接触网 (2)

1.1 接触网的概述 (2)

1.2 接触网的分类 (3)

1.2.1简单接触悬挂 (3)

1.2.2 链形悬挂的接触线 (3)

1.3 接触网的特点及要求 (3)

第2章接触网补偿装置 (5)

2.1 补偿装置的作用与技术要求 (5)

2.2 补偿装置的组成 (5)

2.2.1 补偿滑轮 (6)

2.2.2 组成部件 (6)

2.3 补偿装置的安设与要求 (6)

2.4 补偿装置的a、b值 (7)

2.4.2 a、b值 (7)

2.4.2 a、b值的计算 (7)

第3章接触网补偿装置的种类与应用 (8)

3.1 补偿装置的种类 (8)

3．2 各种补偿装置的特点 (8)

3．2.1可锻铸铁滑轮组 (8)

3.2.2 铝合金滑轮补偿装置 (8)

3.2.3 棘轮装置 (9)

3.2.4 弹性补偿器 (9)

3.2.5 液气式张力补偿器 (10)

3.3 各种补偿装置的应用情况 (10)

第4章接触网棘轮补偿装置 (12)

4.1 棘轮补偿的的组成 (12)

4.2 用途 (12)

4.3 种类及规格 (12)

4.4 产品及安装示意图 (13)

4.5 技术条件 (14)

4.5.1 性能 (14)

4.5.2 材料 (14)

4.5.3 制造工艺 (14)

第5章棘轮补偿装置使用问题分析及对策 (15)

5.1 补偿绳偏磨问题 (15)

5.1.1 补偿绳偏磨现象 (15)

5.1.2 引发后果 (15)

5.1.3 原因分析 (16)

5.1.4 整改和解决措施 (16)

5.2 补偿绳扭绞问题 (16)

5.2.1 扭绞现象 (16)

5.2.2 引发后果 (17)

5.2.3 原因分析 (17)

5.2.4 整改和解决措施 (17)

5.3 棘轮卡板卡住棘轮 (17)

5.3.1 存在现象 (17)

5.3.2 原因分析 (18)

5.3.3 整改措施 (18)

5.4 补偿绳圈数过多 (19)

5.4.1 现场现象 (19)

5.4.2 原因分析 (19)

5.4.3 技术标准 (19)

5.4.4 现场处理办法 (20)

5．5 建议 (20)

参考文献 (22)

前言

接触网补偿器是一项重要的设备,随着电气化铁路的发展对它的性能要求越来越高。

接触网补偿器主要有重力式补偿器和弹簧式补偿器，重力式特点为简单可靠，经济耐用；弹簧补偿器也已开始采用，但其质量重、造价高、补偿误差大、温度适应能力差而应用不广。本文主要以重力式补偿器中的棘轮补偿器为分析对象。

1.可锻铸铁滑轮组补偿器:其主要类型有85年以前定型的小滑轮补偿器和92年设计定型的大滑轮补偿器。目前在我国应用十分普遍,未提速线路多数是这种补偿器。

2.铝合金滑轮组补偿器:仿法国产品。目前此种补偿器应用前景很好,在我国准高速、高速电气化铁路上被大量采用。

3.棘轮补偿器:仿德国产品。因其制造工艺复杂,造价高等原因尚未被广泛采用。

4.变比滑轮补偿器:日本引进产品,此补偿器在我国京秦线上采用。润滑脂对补偿器轴承是非常重要,接触网补偿器糸室外静载工作设备,其最佳工作状态为满油工作,即轴承空隙中60%为润滑脂。

铁路电气化线路补偿设备技术领域，公开了一种高速铁路电气化接触网棘轮补偿装置。其主要技术特征为：高速铁路电气化接触网用棘轮补偿装置，包括通过销轴固定在棘轮架上的连接臂和止动机构，在所述的连接臂上设置有棘轮本体，在棘轮本体上设置有棘齿，所述的止动机构带有止动齿，棘齿为正三角形，止动齿为与棘齿形状匹配的正三角形。当发生断线时，棘轮本体在配重的作用下，绕销轴迅速下移，棘轮本体与止动齿啮合，止动齿与棘齿同为正三角形，接触面积大，不容易打断止动齿和棘齿，延长了使用寿命，降低了维护成本，防止了事故的发生。电气化铁路接触网的侧面制动棘轮张力补偿装置，包括制动支撑架，制动支撑架通过两旋臂与棘轮轴相连接，棘轮轴与棘轮本体通过采用自润滑复合材料制成的滑动轴承同轴设置，棘轮本体可绕棘轮轴转动，棘轮本体由轮毂、多个辐板和轮缘构成，棘轮本体辐板两侧、轮毂的外圆周表面分别设置有张紧轮槽Ａ和张紧轮槽Ｂ，该两槽内设置有绳槽，轮缘外圆周表面设置有底部铸造有绳槽和钢丝绳孔的棘轮轮槽，轮缘的两侧对称铸造有制动齿圈，制动支撑架下端固接有缓冲制动装置，本发明适用于承力索和接触线受环境温度影响缓慢变化的工作状态，避免了机车受电弓的频繁离线、拉弧以及接触线烧伤等缺陷，且无需注油、免维修、使用寿命长。

第1章接触网

1.1 接触网的概述

沿电气化铁路、城市交通电动车辆运行线路架设的特殊形式的供电线路。来自牵引变电所的电能通过接触网和装在车上的受流器向电力机车或电动车辆供电。通常要求接触网在任何气象因素（冰、风、雨、雪等）和最大运行速度下能保证安全供电，并有良好的耐磨、抗腐蚀、电损耗小等性能。

分类根据供电对象不同，接触网分为架空悬挂和接触轨（第三轨）两种基本形式。架空悬挂式接触网又可按其纵向索线的数目和特点，分为简单悬挂和链形悬挂两种。前者弛度大、悬挂弹性不均匀，主要用在电车或工矿机车专用线上；后者接触导线纵向有张力调节装置，并使用承力索、吊弦和弹性吊弦，使接触导线在不同温度下都处于无弛度状态。接触网，有上下两根线。上面的叫做承力索，下面的叫做接触线，承力索和接触线中间有吊索连接。接触线多为钢制铝芯结构，即外面为钢制，主要是和机车电弓摩擦部分，要保证导电性和耐磨性，铝芯主要是保证导电性。目前也开始采用铜铝复合导线做接触线了。

接触网为机车提供25千伏的工频交流电，根据机车型号的不同，采取直接降压后变频供电或交直流转换后供电，这样做主要是为了调速方便。

铁道干线常用的架空链形悬挂式接触网如图所示。图中1-1是立于路侧的接触网支柱及其基础，通常由金属和预应力钢筋混凝土做成，用来悬挂接触网。为了维修方便、缩短断线故障范围并进行不同温度下悬挂的张力补偿，接触网悬挂分成独立的锚段（即区段），每个锚段的中部设有中心锚结，使悬挂不能纵向移动，而两端则有重力式张力调节装置（图中未绘出），在不同温度下，可保持接触网的张力一定。图中3和4是腕臂式支持装置和绝缘子,它们和定位肩架9、棒式绝缘子10、定位管11一起，使接触导线稳定地悬挂于线路的上方。图中5、6、7、8分别为承力索、吊弦、弹性吊弦和接触导线，12为受流器，又称受电弓。为了避免接触导线对受流器滑板的集中磨耗，以提高滑板的使用寿命，并使滑板的受磨部位较为均匀，接触导线在直线区段均布置成之字形，即使在最强烈的风力下，导线的偏移也不超出受电弓滑板的工作范围。

图1-1 铁道干线悬挂式接示意图

为了减小故障范围、便于检修以及使各相负荷较为平衡，接触网还设有分段装置，即所谓电分段装置和电分相装置。早期采用的电分段装置用四跨锚段关节；相分段装置用六跨和八跨式绝缘锚段关节。这些装置比较复杂，无电区长且投资大。70年代以来中国利用玻璃钢等材料，造出多种形式的分段绝缘器和分相绝缘器，使两区段间的过渡区缩短到只需十几米。

地下铁道由于净空限制，一般采用第三轨，即在行车轨道的一侧,用绝缘支架架设一条离地约400毫米高的第三轨。第三轨由高导电率的特殊软钢制成，地铁电动车辆通过安装在

它侧面的受流器（接触靴），与第三轨摩擦接触而获得电能。中国北京的地铁和世界一些国家的地铁都采用第三轨受电。70年代前后，有些国家建设的地铁以及80年代开始筹建的中国上海地铁，由于地下和地面联运以及接触网电压上升到1500伏等原因，均采用较为安全并可充分利用隧道圆形截面顶部空间的架空接触网，再通过装在动车顶上的受电弓获得电能。

1.2 接触网的分类

大多以接触悬挂的类型来区分。我们所讲的接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。

1.2.1 简单接触悬挂

由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。接触网是不连续的，一般每隔20到30公里就会有一个分相区，就是所谓的无电区，因为电网提供给铁路的是三相高压电，而电气化铁路使用的是单相电。

接触网与火车受电弓相连部分是接触线，它是通过上方另外一根承力索的悬挂来维持高度和方向的，也就是说接触线的下部，就是和受电弓接触的部分，是没有什么障碍的，因此受电弓不需要绕过什么障碍就能和接触线连续接触。即使是在分相区，在进入分相区时，接触线会偏转离开火车上方，同时另外一根无电的接触线会从另外一侧同步接进来，确保在分相区时受电弓上方也有接触线存在，等过了分相区以后，同样的方法，另外一相高压电同步被接进来。

国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。在悬挂点上加装8～16m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。

1.2.2 链形悬挂的接触线

通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致。链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。

链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题。

链形悬挂分类方法较多，按悬挂链数的多少可分为单链形，双链形和多链形（又称三链形）。目前我国采用单链形悬挂。单链形接触悬挂特点是接触线借助于吊弦悬挂在承力索上。由两根辅助索组成的悬挂称为双链形悬挂；其弹性更加趋于均匀；包括承力索在内具有三条辅助索，也可称之为三链形接触悬挂；这种悬挂接触线高度更趋于一致，弹性也更加均匀。

链形悬挂根据线索的锚定方式（即线索两端下锚的方式），可分为下列几种方式未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂。

1.3 接触网的特点及要求

接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下

要求：

（1）在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。

（2）接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。

（3）要求接触网对地绝缘好，安全可靠。

（4）设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。

（5）尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。

总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。

第2章接触网补偿装置

接触网补偿装置是自动调节接触线和承力索张力的补偿器及其制动装置的总称。补偿装置又称张力自动补偿器，它安装在锚段的两端，并且串接在接触线承力索内。它的作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。

2.1 补偿装置的作用与技术要求

补偿装置的作用是当温度变化时，线索受温度影响而伸长或缩短，由于补偿坠陀重量的作用，使线索顺线路方向移动而自动调整线索张力，并以保持线索的弛度使之符合规定，从而保证接触悬挂的技术状态。

对张力自动补偿装置的要求有两个。其一，补偿装置应灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率不应小于97%；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或其他异常情况，限速内的张力迅速发生变化时，补偿装置还应有一种制动功能。一般对于全补偿的承力索内的补偿装置，如不具备这种功能时，还需专门增加断线制动装置，以防止在一旦发生短线时，坠砣串落地而造成事故扩大、恢复困难。

2.2 补偿装置的组成

补偿装置主要是由补偿滑轮（滑轮组）、补偿绳、杵环杆、坠陀杆，坠陀、连接零件组成。