鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響因素與管控措施

中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司供電處 袁建江

引言

根據(jù)中國鐵路總公司2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：“國家鐵路旅客發(fā)送量完成30.38億人，比上年增加2.65億人，增長9.6%；國家鐵路貨運(yùn)總發(fā)送量完成29.19億噸，比上年增加2.67億噸，增長10.1%；全國鐵路固定資產(chǎn)投資完成8010億元。全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到12.7萬公里，比上年增長2.4%。全國鐵路路網(wǎng)密度132.2公里/萬平方公里，比上年增加3.0公里/萬平方公里。電氣化里程8.7萬公里，比上年增長7.8%，電化率68.2%，比上年提高3.4個(gè)百分點(diǎn)。全國鐵路機(jī)車擁有量為2.1萬臺(tái)，比上年減少372臺(tái)，其中，電力機(jī)車占59.5%，比上年提高1.4個(gè)百分點(diǎn)?！?/p>

由此數(shù)據(jù)可見：我國鐵路網(wǎng)承擔(dān)著十分繁重的運(yùn)輸任務(wù)，且關(guān)系著全國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展進(jìn)程，而在當(dāng)今低碳環(huán)保、節(jié)能減排的理念下，建設(shè)電氣化的鐵路線路，成為以大趨勢(shì)，這就意味著如何保障電氣化鐵路線路的正常運(yùn)行，成為鐵路運(yùn)輸部門的重要任務(wù)，因此必須著眼于微小環(huán)節(jié)，逐層逐級(jí)探究電力機(jī)車及線路的工作常態(tài)，以全局觀為核心，全面優(yōu)化電力鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的管理與控制措施。鐵路接觸網(wǎng)作為鐵路網(wǎng)線上的重要部件，使用頻率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱，更應(yīng)當(dāng)被提升到首要位置。

1.鐵路接觸網(wǎng)功能與組成

接觸網(wǎng)是鐵路沿線上方架設(shè)的電力線路，其主要的功能是向受電弓提供電流，以此為運(yùn)行中的電力機(jī)車提供電能。而接觸網(wǎng)一旦運(yùn)行不良，可能導(dǎo)致機(jī)車運(yùn)行受阻、異常運(yùn)行或者直接停電，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)事故。接觸網(wǎng)一般采用“之”字型架設(shè)，主要由以下五個(gè)部分組成：

（1）基礎(chǔ)與支柱

支柱與基礎(chǔ)用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負(fù)荷，并將接觸懸掛固定在規(guī)定的位置和高度上，一般為采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱和鋼柱。

（2）接觸懸掛

接觸懸掛有兩種形式，即簡單接觸懸掛與鏈型懸掛。

1）簡單懸掛

簡單懸掛是指使用單獨(dú)一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。目前國內(nèi)使用的帶補(bǔ)償裝置的彈性簡單懸掛系在接觸線下錨處裝設(shè)了張力補(bǔ)償裝置，以調(diào)節(jié)張力和弛度的變化①。

2）鏈型懸掛

鏈形懸掛的接觸線是通過吊弦懸掛在承力索上。承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點(diǎn)，利用調(diào)整吊弦長度，使接觸線在整個(gè)跨距內(nèi)對(duì)軌面的距離保持一致②。

（3）支持裝置。包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。

（4）定位裝置。定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負(fù)荷傳給支柱。

2.鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

2.1 弓網(wǎng)故障

常見的弓網(wǎng)故障現(xiàn)象有接觸網(wǎng)參數(shù)變化、接觸網(wǎng)旋梭或零部件脫落、接觸網(wǎng)零部件變形或脫落等。造成弓網(wǎng)故障的原因有許多，比較常見的有以下幾種。造成接觸網(wǎng)部件變形或零部件脫落，通常是由于在長期的使用過程中的振動(dòng)疲勞，或是施工不當(dāng)造成零部件受損，進(jìn)而導(dǎo)致接觸網(wǎng)的部件變形或是脫落。接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)或施工不合理導(dǎo)致接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不科學(xué)，也容易使接觸網(wǎng)在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)故障。此外，也不排除產(chǎn)品自身質(zhì)量有問題，或是極端天氣導(dǎo)致弓網(wǎng)故障等。

圖1 定位管斜拉線松弛下垂

圖2 分相絕緣器吊線脫落

2.2 聯(lián)接故障

接觸網(wǎng)是機(jī)電合一的一種特殊供電設(shè)備，因此在使用過程中往往會(huì)出現(xiàn)電氣聯(lián)接方面的故障。聯(lián)接故障比較少見，但是一旦出現(xiàn)聯(lián)接故障，通常會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。聯(lián)接故障通常由以下原因?qū)е?。近年來我國鐵路運(yùn)輸迅猛發(fā)展，當(dāng)前鐵路運(yùn)輸所需的牽引運(yùn)能已經(jīng)超出了接觸網(wǎng)建成時(shí)所能承受的持續(xù)載流量，因此發(fā)生聯(lián)接故障。接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路由多個(gè)部分組成，每一個(gè)部分之間需要使用各種線夾來進(jìn)行聯(lián)接，以此來延伸回路至整個(gè)鐵路，主導(dǎo)電回路的某一部分出現(xiàn)缺陷時(shí)，可能導(dǎo)致局部過載，從而導(dǎo)致接觸網(wǎng)故障。此外，接觸網(wǎng)聯(lián)接故障的施工時(shí)沒有按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，使接觸網(wǎng)安裝完成后存在線夾不規(guī)范、電連接器的結(jié)線不合理等安全隱患，也會(huì)導(dǎo)致聯(lián)接故障，甚至影響后續(xù)的檢修工作，如圖3。

圖3 瓷質(zhì)插銷保險(xiǎn)熔斷（左一）

2.3 絕緣故障

對(duì)于包含接觸網(wǎng)在內(nèi)的每一項(xiàng)高壓供電設(shè)備而言，絕緣技術(shù)都是至關(guān)重要的。接觸網(wǎng)由于需要給列車供電，因此懸掛高度較低，各種影響因素較多，絕緣難度較大，因此在接觸網(wǎng)故障中，絕緣方面的故障最為常見。常見的絕緣故障原因有以下幾種。首先是絕緣子被污染，絕緣子需要定期清掃，一旦清掃周期過長，則會(huì)出現(xiàn)絕緣子表面受到過多污染，而污染物中往往存在許多導(dǎo)電介質(zhì)，使得絕緣子被放電擊穿。然而由于接觸網(wǎng)架設(shè)的環(huán)境復(fù)雜，即使清掃周期合理，由于特殊環(huán)境的影響，絕緣子容易被一些易導(dǎo)電的特殊污染物覆蓋，這種情況下即使污染物不多也容易使絕緣子被放電擊穿，如圖4。

圖4 絕緣子污閃

2.4 通電故障

①開關(guān)設(shè)備功能不能實(shí)現(xiàn)，造成送電不成功，開關(guān)耦合失敗致使線路斷電，遠(yuǎn)程檢查可能上報(bào)正常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)不能完整運(yùn)行，如圖5。②異物侵入送電線路，形成隔離點(diǎn)或短接點(diǎn)，導(dǎo)致線路異常，輕微的影響供電穩(wěn)定，進(jìn)而造成局部溫度過高，或是改變了送電線路的固有屬性，造成跳閘斷電，最終導(dǎo)致局部設(shè)備燒壞，且小異物侵入微小設(shè)備中，較難被發(fā)現(xiàn)，如圖6。③大型異物和外力對(duì)線路的直接損壞，如交通事故、強(qiáng)風(fēng)伴隨大體積異物，直接從外部破壞性的損壞了線路設(shè)備，譬如基礎(chǔ)損壞，上跨路橋墜物砸壞線路設(shè)備，造成線路不能正常送電，甚至異常放電衍生危害性較強(qiáng)，如圖7。

圖5 隔離開關(guān)檢修無故障記錄

圖6 異物侵入（白色垃圾）

圖7 樹木傾軋

3.影響鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的因素

3.1 技術(shù)因素

我國自1961年建成第一條電氣化鐵路以來，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，目前已經(jīng)有了專門數(shù)字化和智能化技術(shù)，以及設(shè)備生產(chǎn)和安裝維護(hù)技術(shù)，但整體而言，當(dāng)前電氣化鐵路的建設(shè)日漸增多，使用頻率加劇，且設(shè)備生產(chǎn)廠家不在少數(shù)，這就導(dǎo)致了在施工建設(shè)和日常維護(hù)管理時(shí)，需要使用到諸多不同的技術(shù)種類。譬如不同的廠家生產(chǎn)的設(shè)備性能客觀存在一定的差異，而不同設(shè)備之間的匹配度不盡相同，使用壽命、工作時(shí)長、維護(hù)需求不同，導(dǎo)致整個(gè)接觸網(wǎng)在建設(shè)和運(yùn)行期間，產(chǎn)生的各種校對(duì)、檢查工作繁重，加之技術(shù)種類過多，增大了建設(shè)與運(yùn)行管理的難度。例如當(dāng)前的自動(dòng)控制、安全監(jiān)控、信息采集等環(huán)節(jié)，如何做到精確、準(zhǔn)時(shí)、及時(shí)都是一大難題，尤其是數(shù)字化和信息化技術(shù)在適用過程中需要依靠不同的設(shè)備、傳輸平臺(tái)、程序等，難以做到綜合兼容，因而導(dǎo)致一些管理策略或者是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別存在誤差。

3.2 人力因素

從以往的鐵路接觸網(wǎng)故障案例中不難發(fā)現(xiàn)，一些既有的問題總是得不到很理想的防止，原因在于接觸網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行管控等環(huán)節(jié)，需要依靠人力來完成，負(fù)責(zé)人或執(zhí)行人主觀上存在失誤有可能催生各種風(fēng)險(xiǎn)，這就是人力因素的影響。換而言之，從事鐵路接觸網(wǎng)自建設(shè)到使用期間的每一個(gè)人，其主觀行為都有可能成為阻滯接觸網(wǎng)正常運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)源。一方面，相關(guān)人員的意識(shí)不到位，忽略或忽視了細(xì)節(jié)上和外部環(huán)境對(duì)接觸網(wǎng)的不利影響，例如天氣、溫濕度等造成接觸網(wǎng)設(shè)備的物理變化，包括大風(fēng)、閃電、暴雨、高溫等對(duì)接觸網(wǎng)有直接的刺激，至發(fā)現(xiàn)故障時(shí)已然為時(shí)過晚；另一方面，個(gè)人在從事鐵路接觸網(wǎng)相關(guān)工作時(shí)，缺少相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)來判斷風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)急處理能力也相對(duì)較差，因此不能有效控制風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生和擴(kuò)散。

3.3 外部因素

①天氣因素。由于極端天氣對(duì)接觸網(wǎng)的壽命和結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生不利影響，例如：大風(fēng)天氣懸掛設(shè)備受風(fēng)力搖晃，局部鏈接松動(dòng)，線路不穩(wěn)定或脫落；日照高溫加劇設(shè)備溫度負(fù)荷，加速設(shè)備老化進(jìn)程或者是改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行屬性；霜凍雨雪天氣設(shè)備表面附加霜、積雪增加設(shè)備自重或改變?cè)O(shè)備導(dǎo)電性。②周邊環(huán)境，例如接觸網(wǎng)區(qū)域附近堆積有易燃物，容易誘發(fā)火災(zāi)，有沙土、輕質(zhì)量的垃圾等，容易使設(shè)備沾染異物。③其他因素，如鐵路線上部路橋施工、周邊施工、部分生物遷徙和活動(dòng)等，屬不易防范和預(yù)見的因素。

4.鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的具體管理與控制措施

4.1 擬定管控原則

以《普速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》為基本依據(jù)，嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行維修與檢測(cè)等標(biāo)準(zhǔn)。以確保鐵路正常運(yùn)行、安全運(yùn)輸為原則。做到有原則的管理和控制。樹立起科學(xué)管理、高效管理、安全管理、成本管理的意識(shí)，例如適時(shí)組織學(xué)習(xí)相應(yīng)的規(guī)章制度和標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)所有人員進(jìn)行考核和評(píng)定，確保人員專業(yè)能力和職業(yè)道德、工作積極性等達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定合格，否則需加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

4.2 強(qiáng)化外部防控

接觸網(wǎng)由于是露天架設(shè)，高度較低，因此極易受到外部因素的影響。從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，接觸網(wǎng)故障的現(xiàn)象大部分是由外部因素影響造成的，由此可見，加強(qiáng)接觸網(wǎng)的外部防控，提高接觸網(wǎng)抵抗外部因素的能力能夠有效地降低其故障的出現(xiàn)數(shù)量。外部影響因素可以分為兩個(gè)方面：一方面是天氣因素，即風(fēng)、雨、雪、雷電等，天氣因素造成的故障常見的為接觸網(wǎng)支柱傾倒、絕緣失效、線路冰凍、零部件銹蝕脫落等；另一方面則是環(huán)境因素，如異物、樹木、空氣污染、鳥類等，各種環(huán)境因素則會(huì)共同對(duì)接觸網(wǎng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而增加故障概率。

①風(fēng)害預(yù)防

首先可以減小接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)高度，增設(shè)腕臂支撐、增加防風(fēng)線或是定位管。其次接觸網(wǎng)的零部件的鉤環(huán)連接可以使用軸銷進(jìn)行連接。在山口、谷口及橋梁等風(fēng)口地形內(nèi)架設(shè)接觸網(wǎng)時(shí)，跨距應(yīng)當(dāng)適當(dāng)縮小5至10米。

②雷擊預(yù)防

在一些特殊環(huán)境下架設(shè)接觸網(wǎng)時(shí)，如隧道群兩端要設(shè)置避雷器，高架橋、高路堤等地段要增設(shè)氧化鋅避雷器，設(shè)置的避雷器應(yīng)當(dāng)具備有脫離器及漏電檢測(cè)的功能，避雷器的絕緣外套應(yīng)盡量使用復(fù)合絕緣子。避雷器設(shè)置時(shí)一定要確保接地裝置可靠接地。

③雨水預(yù)防

首先在施工時(shí)，支柱埋藏深度要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，傾斜方向及傾斜率要符合規(guī)范，橫臥板與底板要按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。其次，在填方區(qū)段的支柱外側(cè)與路基邊坡之間的距離小于0.5米時(shí)，應(yīng)當(dāng)培土，培土的坡度與原路基相同，且支柱的設(shè)置位置要盡量處于排水通道之外。當(dāng)接觸網(wǎng)上方有跨線構(gòu)筑物漏水的情況時(shí)，要對(duì)漏水情況進(jìn)行引流或是封堵。

④冰凍預(yù)防

鐵路的橋梁、隧道、站房等上跨建筑往往會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，在冬季時(shí)由于氣溫過低，這些漏水現(xiàn)象極易導(dǎo)致接觸網(wǎng)結(jié)冰產(chǎn)生故障，因此要對(duì)這些上跨建筑的漏水點(diǎn)進(jìn)行排查，采取引流、封堵等措施。

⑤銹蝕預(yù)防

本文以供電公司電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用為基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)應(yīng)用，發(fā)掘配網(wǎng)異動(dòng)事件發(fā)生規(guī)律，以重過載、低電壓事件預(yù)警為突破口，創(chuàng)新配網(wǎng)異動(dòng)精準(zhǔn)預(yù)警工作機(jī)制，改進(jìn)運(yùn)維檢修工作方法，實(shí)現(xiàn)提前主動(dòng)檢修，助力供電企業(yè)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)維管理水平不斷提升。

接觸網(wǎng)的零部件應(yīng)當(dāng)選用符合相關(guān)規(guī)定的產(chǎn)品，在潮濕地區(qū)架設(shè)接觸網(wǎng)要提高部件的防腐標(biāo)準(zhǔn)，接觸網(wǎng)的螺栓要進(jìn)行涂油防護(hù)。承力索、接觸線及承力索要優(yōu)先采用銅合金材質(zhì)。金屬支柱的根部周圍要保持清潔，必須保證排水通暢。金屬支柱要選用熱侵鍍鋅工藝的材質(zhì)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r定期進(jìn)行防腐維護(hù)工作。

4.3 落實(shí)內(nèi)部建設(shè)

①區(qū)分項(xiàng)目落實(shí)責(zé)任，按照區(qū)段劃分項(xiàng)目區(qū)域，由領(lǐng)導(dǎo)、工作員共同負(fù)責(zé)日常管理，并落實(shí)責(zé)任制度，建立以風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率、故障排查率等量化評(píng)價(jià)體系，對(duì)項(xiàng)目績效進(jìn)行評(píng)定，評(píng)測(cè)結(jié)果納入績效考核范疇。②建立檢修與維護(hù)計(jì)劃，根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備的生命周期建立檢修與維護(hù)時(shí)間，按時(shí)間進(jìn)行常規(guī)檢查，同時(shí)針對(duì)惡劣天氣和突變情況的，如節(jié)假日制定特別維護(hù)計(jì)劃，明確規(guī)定維護(hù)項(xiàng)目和規(guī)程。③實(shí)行班組相互監(jiān)督制度和績效競爭制度，調(diào)動(dòng)工作組的積極性，提高維護(hù)效率。

4.4 完善資源配置

在數(shù)字化背景下，增添新式的設(shè)備及相應(yīng)的程序進(jìn)行監(jiān)控與管理，如自動(dòng)報(bào)警、數(shù)值分析、模擬分析、故障排查、自動(dòng)補(bǔ)救、應(yīng)急處理等，減少人工管理的失誤，且減少日常工作強(qiáng)度，但需要進(jìn)一步強(qiáng)化一體化設(shè)計(jì)，盡可能實(shí)現(xiàn)一站式管理，便于快速定位風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，排除隱患。還應(yīng)當(dāng)根據(jù)接觸網(wǎng)的特點(diǎn)和地區(qū)特點(diǎn)，加強(qiáng)防護(hù)措施，例如警示標(biāo)志、隔離設(shè)施、防撞防震設(shè)施等，以既有的案例為藍(lán)本，尋求新的高效防護(hù)措施。此外，為了配合日常檢修維護(hù)等工作，應(yīng)在擬定風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域增加應(yīng)急執(zhí)勤站，包括監(jiān)控站、數(shù)據(jù)采集站、工具存放點(diǎn)等，以綜合性站點(diǎn)替代單一功能性站點(diǎn)，提高整個(gè)運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)的效率。

5.需要注意的問題

在完善鐵路接觸網(wǎng)管控措施之余，需要考慮幾個(gè)重要問題：

第一，如何做到風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警和預(yù)防，在施工、安裝和檢修等實(shí)際操作環(huán)節(jié)，可以依靠相應(yīng)的設(shè)備、軟件和一系列的推演程序等，對(duì)鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)估，建立在相應(yīng)材料和部件固有數(shù)值上的數(shù)據(jù)對(duì)比有助于直接判定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性大小，而對(duì)于外部自然條件引起的風(fēng)險(xiǎn)，諸如風(fēng)力、溫濕度等風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)當(dāng)能夠借助先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)預(yù)判和防范。第二，參與施工、檢修、養(yǎng)護(hù)和管理的人員，雖然專業(yè)素質(zhì)可以通過學(xué)習(xí)和培養(yǎng)來提高，但是如何保障個(gè)人精神狀態(tài)和職業(yè)道德修養(yǎng)仍舊難以突破傳統(tǒng)的辦法，需要考慮繼落實(shí)責(zé)任和獎(jiǎng)懲方案之余的其他辦法，諸如文化熏陶、工作生活環(huán)境的改善、心理評(píng)價(jià)與輔導(dǎo)等辦法。第三，在實(shí)際效果與實(shí)施成本之間謀求平衡點(diǎn)，貫徹落實(shí)“高效率、低成本”的理念，努力避免因側(cè)重點(diǎn)偏頗而導(dǎo)致的其他問題。

6.總結(jié)

鐵路接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，受到鐵路接觸網(wǎng)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)完整性的影響較大，歸根究底是因?yàn)樵⑹┕?、檢修、自然條件等各方面原因?qū)е碌母鞣N故障，因此全面分析得出，要想保障鐵路接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)處于良性，就應(yīng)當(dāng)對(duì)接觸網(wǎng)自建設(shè)到使用進(jìn)行全過程的管理與控制，確保細(xì)微末節(jié)少滋生或不滋生更多的隱患，做到防患于未然。

注釋：

①毋文霞,侯波.高速鐵路接觸網(wǎng)供電方式探討[J].甘肅科技,2008(13).

②郭春霞.現(xiàn)代有軌電車供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)研究與零件設(shè)計(jì)[J].電氣化鐵道,2014(03).

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