鐵路電氣建設(shè)中的接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行研究

辜毓星

摘 要：鐵路電氣化接觸網(wǎng)設(shè)備是一種為電力機(jī)車提供電能的特殊供電線路及設(shè)備。鐵路電氣化建設(shè)中接觸網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不僅給設(shè)備運(yùn)行提供了安全保障，同時有效提高了電氣化鐵路運(yùn)輸效率。電氣化鐵路具有高效率、低成本、低污染等特點(diǎn)，它進(jìn)一步促進(jìn)了我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。本文簡單闡述了鐵路電氣化建設(shè)中接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn)，分析了可能造成電氣燒傷原因，并在此基礎(chǔ)上針對故障防控展開研究。旨在完善鐵路電氣建設(shè)中的接觸網(wǎng)設(shè)備安裝運(yùn)行，提升使用安全性。

關(guān)鍵詞：鐵路電氣化建設(shè)；接觸網(wǎng)；設(shè)備運(yùn)行

中圖分類號：U22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國高新技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣化設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。在鐵路電氣化建設(shè)中，電氣化接觸網(wǎng)隨之出現(xiàn)并取得了長足發(fā)展。接觸網(wǎng)的幾項基本構(gòu)建如下：①基礎(chǔ)構(gòu)件——包含如鋼柱、水泥支柱，以及支撐這些結(jié)構(gòu)物的基性構(gòu)建；②基礎(chǔ)安裝結(jié)構(gòu)件??——包含所有安裝必須構(gòu)建，其作用在于連接接觸網(wǎng)導(dǎo)線和基礎(chǔ)；③接觸網(wǎng)導(dǎo)線?——導(dǎo)線的作用在于將電流通過受電弓傳輸給電力機(jī)車；④其他輔助構(gòu)件——包括附加懸掛、回流線等。接觸網(wǎng)、鋼軌與大地、回流線構(gòu)成電氣化牽引網(wǎng)回路。它具有低能耗、運(yùn)行效率高、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。然而在列車的實(shí)際運(yùn)行過程中，存在接觸網(wǎng)與列車運(yùn)行設(shè)備之間摩擦阻力大的現(xiàn)象，因為列車電氣化接觸網(wǎng)設(shè)備需要通過電與力的相互作用才能正常運(yùn)行，此時電氣設(shè)備摩擦生熱和機(jī)械磨損現(xiàn)象比較突出，有可能在運(yùn)行過程中發(fā)生安全事故。

一、鐵路建設(shè)中接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)

（一）同鐵路內(nèi)外各部門關(guān)系密切

1 同工務(wù)關(guān)系

接觸網(wǎng)是嚴(yán)格按照軌道面高程和中心線相對位置進(jìn)行布設(shè)的，具體到接觸網(wǎng)參數(shù)，為軌道面和接觸線之間的垂直距離簡稱接觸網(wǎng)導(dǎo)高、軌道線路中心距離接觸支柱的距離簡稱支柱側(cè)面限界、軌道線路中心距接觸網(wǎng)導(dǎo)線的水平距離簡稱接觸網(wǎng)拉出值。因此，接觸網(wǎng)技術(shù)狀態(tài)會因線路狀態(tài)的變化為發(fā)生相應(yīng)改變。除此外，跨線橋梁、隧道漏水、高空拋落物等也將造成接觸網(wǎng)燒傷、損壞。

2 同電力機(jī)車關(guān)系

電力機(jī)車可通過機(jī)車受電弓與接觸網(wǎng)接觸直接獲取電能。通常引發(fā)其跳閘停電和網(wǎng)絡(luò)故障的原因主要是車頂絕緣不良、弓網(wǎng)關(guān)系接觸不良、機(jī)車不規(guī)范操作等。接觸網(wǎng)與電力機(jī)車間不穩(wěn)定的狀態(tài)，不僅可能引發(fā)跳閘停電現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至?xí)龜喑辛λ骰驅(qū)Ь€。

3 同車務(wù)關(guān)系

列車運(yùn)行線路徑路如果出現(xiàn)問題，則可能導(dǎo)致電力機(jī)車進(jìn)入接觸網(wǎng)無電區(qū)或無網(wǎng)區(qū)，進(jìn)而引發(fā)跳閘停電、弓網(wǎng)損壞等事故。

4 同運(yùn)輸關(guān)系

在鐵路運(yùn)輸過程中，可能會出現(xiàn)貨物捆綁不良、貨物高度控制不到位等現(xiàn)象，這樣在運(yùn)行中可能會導(dǎo)致導(dǎo)致貨物脫落、翹起、與接觸網(wǎng)絕緣距離不夠，短接接觸網(wǎng)；貨物捆綁、篷布、覆蓋貨物的繩索運(yùn)行中纏繞接觸網(wǎng)，這些因素都有可能造成接觸網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障和跳閘停電事故。

5 同電力系統(tǒng)之間關(guān)系

牽引變電所的運(yùn)行狀態(tài)直接受到電力系統(tǒng)的影響，它是國家電網(wǎng)負(fù)荷之一。如在運(yùn)行過程中外電源出現(xiàn)電壓質(zhì)量差、系統(tǒng)故障停電等都將進(jìn)一步表現(xiàn)為接觸網(wǎng)網(wǎng)壓的變化，甚至無電等，進(jìn)而導(dǎo)致電力機(jī)車低壓運(yùn)行動力不足、甚至停車等情況。同時，在地方電力線路在同接觸網(wǎng)交叉跨越處，地方電力線路因故障斷線而搭接于接觸網(wǎng)上引發(fā)接觸網(wǎng)故障情況也時有發(fā)生。

（二）接觸網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備條件相對苛刻

接觸網(wǎng)主要以沿鐵路線路布置的輸電線路，它是一種布置特殊的輸電線路，而且其在露天布置沒有備用，運(yùn)行條件、環(huán)境比較苛刻。電力機(jī)車運(yùn)行能源全部由接觸網(wǎng)提供，如果接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)不良，將直接影響機(jī)車運(yùn)行。

從力學(xué)角度講，接觸網(wǎng)也是一個大張力的復(fù)雜力學(xué)結(jié)構(gòu)，其零部件使用比較頻繁，長期承受一定拉應(yīng)力及震動，這就要求接觸網(wǎng)零部件的生產(chǎn)工藝和材質(zhì)要求高。因此，因接觸網(wǎng)零部件引發(fā)的故障時有發(fā)生。

（三）檢修比較困難

接觸網(wǎng)檢修時需封鎖線路占用站場或區(qū)間作業(yè)，且需相應(yīng)供電臂停電。鐵路運(yùn)輸比較緊張，要滿足以上兩個條件的接觸網(wǎng)檢修“天窗”時間通常都比較短。要在有限的設(shè)備檢修時間內(nèi)完成對接觸網(wǎng)狀態(tài)的全部檢修工作任務(wù)十分艱巨、困難較大。

鐵路布置往往在遠(yuǎn)離城區(qū)、村莊較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，交通相對不便，接觸網(wǎng)檢修通常采用軌行車輛作為交通工具，但軌行車輛的運(yùn)行必須得到鐵路相關(guān)部分批準(zhǔn)并在接觸網(wǎng)檢修“天窗”內(nèi)才能運(yùn)行，軌行車輛的運(yùn)行時間占據(jù)了接觸網(wǎng)檢修時間的三分之一以上，大大縮短了接觸網(wǎng)有效檢修時間，進(jìn)一步加大了接觸網(wǎng)設(shè)備的維護(hù)難度。

同時，接觸網(wǎng)設(shè)備全部安裝在露天，檢修時經(jīng)常會遇到大雨、大霧、大風(fēng)、冰雹等極端天氣情況，進(jìn)一步加大了檢修難度，降低了檢修效率。

（四）易受外界環(huán)境影響

電氣化鐵路額定牽引供電電壓為27.5kV，因此，其具有嚴(yán)格的安全距離和絕緣強(qiáng)度要求。但在隧道口、上跨橋、城市人口密集區(qū)等地區(qū)因雜物以及大風(fēng)、雷雨等天氣因素都有可能造成接觸網(wǎng)設(shè)備的損壞、跳閘停電；從設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗來看，每年事故多發(fā)期都是在大風(fēng)、雷雨等自然災(zāi)害多發(fā)的季節(jié)及人口密集區(qū)段。因此，接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的好壞易收外界環(huán)境影響。

二、接觸網(wǎng)電氣燒傷原因

電力機(jī)車需要通過接觸網(wǎng)向其輸送電能才能正常運(yùn)行，其中隔離開關(guān)、饋電線、接觸線、開關(guān)引線和電聯(lián)接線等組成了起導(dǎo)電作用的回路，即所謂的主導(dǎo)電回路。該回路通過基礎(chǔ)安裝結(jié)構(gòu)件沿鐵路布設(shè)，從而滿足機(jī)車供電需求。在這一過程中，主導(dǎo)電回路必須保持良好工作狀態(tài)，否則容易造成電流阻塞。引發(fā)主導(dǎo)電回路故障的主要原因有氣候因素、回路電氣接觸不良或設(shè)備長時間運(yùn)行松動等造成的接觸網(wǎng)設(shè)備磨損、腐蝕，從而加大了接觸網(wǎng)電氣連接阻抗。如果接線出現(xiàn)錯誤，則會導(dǎo)致主導(dǎo)電回路中某處截面面積減少，相應(yīng)的電阻抗會所有增加，致使回路阻塞，局部溫度急劇上升而使接觸網(wǎng)中某一點(diǎn)燒損，造成是事故。

設(shè)計中有些部件，如吊弦、承力索等，他們相互之間的連接以及同主導(dǎo)電回路中間的連接結(jié)構(gòu)上同主導(dǎo)電回路一樣，都處于帶電部分，當(dāng)主導(dǎo)電回路不暢時，可能會出現(xiàn)分流過大的現(xiàn)象，若分流電流超出其允許限度就會造成接觸網(wǎng)燒損事故。

三、電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障防治措施

接觸網(wǎng)是整個供電系統(tǒng)建設(shè)的核心部分，它是鐵路電力機(jī)車正常運(yùn)行的重要保障；接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀況時刻在發(fā)生復(fù)雜的變化，機(jī)車在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的劇烈震蕩會對其產(chǎn)生不良影響，此外，接觸網(wǎng)會受外環(huán)境影響較大，如溫度、氣候等。針對這些客觀存在的問題，電氣化鐵路接觸網(wǎng)發(fā)生故障時的防治措施如下：

（一）改良接觸網(wǎng)連接方式

接觸網(wǎng)的設(shè)計、施工和運(yùn)行不是一個短期能實(shí)現(xiàn)的事情，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況從長遠(yuǎn)角度出發(fā)給予充分重視和考慮。具體在接觸網(wǎng)選材上要反復(fù)比對，科學(xué)選用；進(jìn)行接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)、斷線點(diǎn)的布設(shè)時，可在反復(fù)試驗驗證的基礎(chǔ)上進(jìn)行考擦論證。機(jī)車在運(yùn)行時，外部溫差變化較大，會使接觸網(wǎng)剪切作用力不斷增大，極易發(fā)生接觸網(wǎng)折斷現(xiàn)象。鑒于此，接觸網(wǎng)施工時應(yīng)預(yù)留一定的裕度，同時應(yīng)充分考慮機(jī)車運(yùn)行時接觸網(wǎng)動態(tài)變化因素。

（二）改進(jìn)機(jī)車設(shè)備，減小摩擦阻力

為保障電力機(jī)車的正常運(yùn)行，降低接觸網(wǎng)發(fā)生故障的幾率，除了采用適用精細(xì)的施工工藝外，還應(yīng)采取措施改進(jìn)機(jī)車設(shè)備，降低其摩擦阻力。摩擦力的存在時必然的，但若摩擦力過大，可能造成機(jī)車運(yùn)行速度受到影響，相互之間擠壓力度上升，相對更容易出現(xiàn)接觸網(wǎng)故障產(chǎn)生率。大量實(shí)踐研究表明，對機(jī)車受電模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以獲得有效降低設(shè)備機(jī)械摩擦阻力的效果，進(jìn)而降低了因摩擦而產(chǎn)生的熱量值，減少了不必要的損耗。

（三）接觸網(wǎng)電力燒傷監(jiān)測

如果接觸網(wǎng)設(shè)備某電氣連接處性能降低，流經(jīng)此處的電流會造成溫度的持續(xù)升高。判定電氣聯(lián)接性能的方法之一是測溫方法。在接觸網(wǎng)帶點(diǎn)運(yùn)行過程中，可采用遠(yuǎn)紅外線測溫裝置進(jìn)行溫度監(jiān)測，但該儀器在實(shí)際應(yīng)用中存在一定困難，因為這種裝置在測溫時受距離、導(dǎo)體表面光潔度和周圍環(huán)境等因素影響較大，操作時不易掌握。為避免這種情況，也可在被測設(shè)備重要部位貼上示溫元件，這種元件通常都采用特殊材料制成，對不同溫度可感應(yīng)出不同顏色，對不同金屬設(shè)備可采用不同溫度值作為管理值。通過定期觀察示溫元件，即可檢測接觸設(shè)備電流是否過負(fù)載。

結(jié)語

在電氣化鐵道中，接觸網(wǎng)是沿著鋼軌架設(shè)的，呈“Z”字形布置，供受電弓取流的高壓輸電線，屬于主構(gòu)架，起到重要作用。作為提供電力機(jī)車電力能量的輸電線路，接觸網(wǎng)由多部分組成，例如定位裝置、支持裝置、接觸懸掛以及支柱等。

根據(jù)本文分析，電氣化鐵路接觸網(wǎng)是一種高效率、低成本和低能耗的運(yùn)行方式，它給我國鐵路運(yùn)輸行業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)，使我國鐵路系統(tǒng)建設(shè)事業(yè)又向前推進(jìn)了一步。因此，還需要對電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計、施工進(jìn)行有效優(yōu)化和改進(jìn)。同時，在接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行過程中，應(yīng)在了解和掌握引發(fā)接觸網(wǎng)燒損故障的基礎(chǔ)上，采用合理可靠的連接方式，借助現(xiàn)代化高科技研究成果，加強(qiáng)對關(guān)鍵部位的監(jiān)測，減少電氣燒傷故障，從而保障接觸網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]許龍.基于設(shè)備維修策略的接觸網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2013.

[2]張惠啟.電氣化鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行安全管理[A].2012年鐵路技師論文集（安全專輯）[C].2013.

[3]馬時達(dá).牽引供電中接觸網(wǎng)設(shè)備電氣燒傷及防治措施淺析[J].上海鐵道科技，2008（02）：45-46.

[4]阮杰.電氣化高速鐵路接觸網(wǎng)與受電弓動態(tài)性能研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.