基于電氣化的鐵路接觸網(wǎng)故障分析與防范研究

劉習(xí)文

（中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

眾所周知，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鐵路運輸已經(jīng)成為主要的形式之一。我國《鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，預(yù)計到2020 年底，我國高速鐵路里程將達到3 萬公里，其電氣化比例也均達到70%，這將進一步提升我國鐵路運輸能力，使總運營里程突破15 萬公里，基本完成對我國各區(qū)域的覆蓋，并構(gòu)建起層次分明、安全高效的鐵路網(wǎng)絡(luò)。接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代鐵路的關(guān)鍵組成，為動車組及電力機車提供著電能保障，其安全高效運行將事關(guān)全局，因此必須在接觸網(wǎng)故障分析與防范能力，為電氣化鐵路提供不間斷的能源支持，避免因接觸網(wǎng)故障而引發(fā)的運行問題，真正凸顯我國鐵路運輸網(wǎng)的規(guī)模優(yōu)勢。

1 電氣化鐵路接觸網(wǎng)概述

所謂電氣化鐵路接觸網(wǎng)，主要是以電能作為運行能源，由接觸懸掛、支持裝置、支柱與基礎(chǔ)等部分構(gòu)成。就其具體的結(jié)構(gòu)而言，接觸懸掛又由接觸線、吊弦、承力索及連接部件構(gòu)成，屬于機車的直接能源供給部分。

支持裝置則主要由定位裝置、腕壁等連接件構(gòu)成，其在于懸吊及支持接觸懸掛，且發(fā)揮著負載傳遞的功能。支柱和基礎(chǔ)部分以鋼筋混凝土柱、基坑、鋼柱和基礎(chǔ)為主，接觸懸

掛和支持裝置的全部負載都將由該部分承受。根據(jù)鐵路自身的基本特點，接觸網(wǎng)的運行環(huán)境以露天為主，而受制于差異化的運行條件及環(huán)境，其在運行的過程中故障風(fēng)險相對較高，一旦出現(xiàn)故障問題，將嚴(yán)重影響列車的正常運行。因此在接觸網(wǎng)的應(yīng)用上，需要結(jié)合實際的使用環(huán)境及需求，對其各項性能指標(biāo)要加強關(guān)注，以適應(yīng)各類運行環(huán)境，確保接觸網(wǎng)發(fā)揮功能的同時，降低故障的產(chǎn)生率，達到提升效率和節(jié)約成本的目的。

2 鐵路接觸網(wǎng)故障的誘發(fā)因素

2.1 自然環(huán)境因素

基于其特殊的應(yīng)用需求，鐵路接觸網(wǎng)需設(shè)置于露天環(huán)境之中，受自然環(huán)境及材料物理特性的影響，在實際的應(yīng)用中存在著脆弱環(huán)節(jié)，如在面臨惡劣天氣時，其抵御能力相對較弱，在遭遇大霧、雷擊等天氣時，極易導(dǎo)致接觸網(wǎng)天窗部分被擊穿，從而中斷電力能源的供應(yīng)，使機車陷入癱瘓狀態(tài)，甚至引發(fā)一系列的設(shè)備損害。而在面臨凍雨天氣時，還將引發(fā)電網(wǎng)凍結(jié)問題，出現(xiàn)接觸網(wǎng)弓網(wǎng)現(xiàn)象，加之地震、泥石流等各類地質(zhì)災(zāi)害影響，都會給接觸網(wǎng)造成嚴(yán)重迫害，給鐵路運行造成巨大損失。

2.2 接觸網(wǎng)材料因素

接觸網(wǎng)所涉及的故障中，因材料而引發(fā)的占據(jù)了一定比重，一方面是由于在材料質(zhì)量控制上存在缺陷，使劣質(zhì)材料被應(yīng)用其中。另一方面則是由于材料技術(shù)及設(shè)計要求匹配問題，導(dǎo)致材料使用期限及性能受限，最終使接觸網(wǎng)故障率居高不下。由此對于材料的控制必須納入重要管理范疇，以避免此類問題的持續(xù)產(chǎn)生。

2.3 檢驗工作因素

檢驗是預(yù)防及排除潛在故障的重要方式，在接觸網(wǎng)的檢驗過程中，對于其機械受力強度評估不準(zhǔn)確，同時對于各個節(jié)點的零部件檢查不細致，使日常檢驗工作效率及質(zhì)量較低，無法及時的了解接觸網(wǎng)運行狀態(tài)。因此一旦接觸網(wǎng)零部件產(chǎn)生脫落問題，勢必影響其整個網(wǎng)絡(luò)的正常運行。除此之外，隨著列車運行密度的增加，進一步增加了接觸網(wǎng)維護壓力，其故障周期及故障率也持續(xù)增加。

2.4 電流影響因素

電氣化鐵路以電力能源為基礎(chǔ)，因此在接觸網(wǎng)的運行中，由于受到電流變化的影響，使其難以發(fā)揮出應(yīng)有的效能，導(dǎo)致運行的穩(wěn)定性及效率下降，一定程度上影響電力能源的輸送，一旦出現(xiàn)較大范圍的變化，勢必導(dǎo)致接觸網(wǎng)的部件故障。

3 電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障類型

3.1 電氣連接故障

接觸網(wǎng)最核心的功能在于電力供應(yīng)，屬于一種機電結(jié)合的設(shè)施，由此在實際的應(yīng)用中易出現(xiàn)電氣故障。電氣燒傷是接觸網(wǎng)常見故障之一，同時也是影響較為嚴(yán)重的故障類型，該故障的產(chǎn)生大部分源于電氣設(shè)計，即牽引裕量與牽引運能變化之間的不適應(yīng)性所致，尤其隨著新時期運輸需求的增加，極大的超出了以往的設(shè)計預(yù)期，從而導(dǎo)致電氣燒傷故障成為常態(tài)。

3.2 弓網(wǎng)故障

弓網(wǎng)屬于電能輸送的主要承載形式，其可以實現(xiàn)單邊供電、雙邊供電及越區(qū)供電等模式，而其在實際使用過程中，同樣面臨著一系列故障問題，主要源于兩個方面的影響。一方面，由于弓網(wǎng)長時期處于高負荷狀態(tài)，其各種零部件將產(chǎn)生不確定的形變，甚至發(fā)生脫落的現(xiàn)象，從而引發(fā)弓網(wǎng)故障問題。另一方面，伴隨我國鐵路動力的不斷攀升，給弓網(wǎng)的使用帶來了極大壓力，已經(jīng)大大超出了零部件的使用預(yù)期，加之大幅提升的運行速度，給接觸網(wǎng)的整體運行均帶來負擔(dān)，其脆弱性也逐步凸顯。此外，在嚴(yán)峻的自然條件影響下，其弓網(wǎng)的故障率也顯著增加。

3.3 絕緣故障

接觸網(wǎng)依據(jù)其電力供應(yīng)的屬性，其自身承載著電力高壓，相較于一般供電設(shè)施而言，接觸網(wǎng)需要更近的接觸距離，而這也導(dǎo)致其對于外因較為敏感，極易受到干擾和影響。由于接觸網(wǎng)長期暴露于復(fù)雜環(huán)境中，外部所產(chǎn)生的污染物質(zhì)會逐步附著于絕緣子表面，最終形成大量導(dǎo)電物體，導(dǎo)致絕緣子被擊穿。并且在列車與接觸網(wǎng)接觸時，所產(chǎn)生的摩擦?xí)a(chǎn)生積碳，如不加以及時處理，將大幅增加故障產(chǎn)生的概率。

3.4 支持裝置故障

定位管腐蝕、絕緣子破裂、腕臂彎曲均屬于支持裝置的故障，這些故障的產(chǎn)生將產(chǎn)生影響接觸網(wǎng)的運行。如腕臂彎曲的主要誘發(fā)原因是電弓故障或定位線夾失效，并逐步導(dǎo)致定位鉤斷裂或者變形。

4 電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障的防范措施

4.1 強化接觸網(wǎng)質(zhì)量管控

電氣化鐵路規(guī)模的大幅增加，促使著接觸網(wǎng)管理難度的提升，為有效保證鐵路的持續(xù)安全運行，必須要加強對故障源頭的把控，提升對接觸網(wǎng)的質(zhì)量控制能力。在設(shè)計中應(yīng)針對實際的運力需求進行分析，對跨距及拉出值加以科學(xué)判斷，以確保接觸網(wǎng)處于受電弓滑板的工作范圍，并預(yù)留一定的變化空間，避免意外問題的產(chǎn)生。另外，為規(guī)避各類細節(jié)問題所引發(fā)的故障，在實際的質(zhì)量控制中應(yīng)加強對線路設(shè)備及零部件的關(guān)注，嚴(yán)格控制材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，使之能夠適用于高負荷的運行狀態(tài)。

4.2 注重日常檢修與維護

日常檢修與維護是接觸網(wǎng)故障預(yù)防的關(guān)鍵所在，通過一系列的檢修與維護手段，可以在一定程度上提升故障預(yù)防效果，使故障隱患得到早期排除，甚至可以解決施工遺留問題。因此，對于日常的檢修與維護的實施，必須要形成有效的管理機制，特別是將日常檢修與維護納入到管理監(jiān)督范疇，全面提升日常維護的質(zhì)量。同時，針對接觸網(wǎng)常見的故障問題，要注重實時分析與定期檢查相結(jié)合，對頻發(fā)、高發(fā)故障及路線進行全面維護，并深入分析故障原因，使故障隱患獲得全面排除。事實上，日常檢修與維護作為基礎(chǔ)性工作，無論是管理者還是操作者，均應(yīng)當(dāng)樹立強烈的責(zé)任意識，切實將管理深入到細微之處，確保各個環(huán)節(jié)緊密銜接，避免接觸網(wǎng)故障的頻繁發(fā)生，提升電氣化鐵路的穩(wěn)定運行效率。

4.3 優(yōu)化外部環(huán)境的管理

從接觸網(wǎng)的故障發(fā)生情況統(tǒng)計看，外部環(huán)境所引發(fā)的故障占據(jù)著極大比例，尤其是復(fù)雜環(huán)境下的接觸網(wǎng)，極易產(chǎn)生故障問題。據(jù)此，對于接觸網(wǎng)的防護與管理，應(yīng)當(dāng)切實依據(jù)實際情況加以優(yōu)化。一方面，相關(guān)管理部門要對接觸網(wǎng)周邊環(huán)境進行巡查，對于可能引發(fā)接觸網(wǎng)故障的隱患進行排除，如對周邊的樹枝、雜草進行清理，并跨越林區(qū)的路段進行徹底整治，對特殊地區(qū)進行詳實的記錄，以確保其外部環(huán)境的高效運行。另一方面，對于接觸網(wǎng)本身也要加強管理，尤其是對設(shè)備污穢區(qū)實施絕緣清理，面對夏季的雷雨氣候，應(yīng)對接觸網(wǎng)防雷裝置進行檢測，包括避雷器、接地保護設(shè)備等。而在冬季，則應(yīng)做好建筑除冰等工作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，避免引發(fā)更大范圍的故障。

5 結(jié)語

綜上所述，伴隨電氣化鐵路規(guī)模地增加，接觸網(wǎng)的維護需求也不斷提升，作為基礎(chǔ)的電力能源保障設(shè)備，加強接觸網(wǎng)故障分析與預(yù)防，將有效降低鐵路接觸網(wǎng)故障率，為電氣鐵路運輸提升可靠能源支撐。同時，在防范措施上也應(yīng)從質(zhì)量管控、日常維護及環(huán)境管理入手，實現(xiàn)管理效能的持續(xù)強化，從根源上解決故障問題，確保鐵路運輸?shù)母咝н\行。