電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障原因及其防護措施分析

賈永翔

（國能包神鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

引言

如今鐵路運輸業(yè)為社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了源源不斷的動力。在各大城市當(dāng)中的鐵路交通安全受到了社會各界的廣泛關(guān)注。在鐵路交通當(dāng)中，供電系統(tǒng)是其中最為重要的部分，而接觸網(wǎng)又是供電系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，該設(shè)施是鐵路列車接受電力輸送的重要環(huán)節(jié)接口，并且接觸網(wǎng)也是全鐵路路段鋪設(shè)。因此，接觸網(wǎng)的可靠性關(guān)乎著城市的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。但就目前很多城市的鐵路交通運行狀態(tài)來看，接觸網(wǎng)由于所處的環(huán)境和條件也是出現(xiàn)故障最為頻繁的一處，該處出現(xiàn)故障會給普速鐵路帶來嚴(yán)重的影響。并且再鐵路交通當(dāng)中，由于接觸網(wǎng)與列車的特殊接觸模式，導(dǎo)致了接觸網(wǎng)無法像其他設(shè)備一樣準(zhǔn)備一套備件。因此，如何提高接觸網(wǎng)的安全性和可靠性對于相關(guān)部門和企業(yè)是最為重要的研究課題。

一、電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障原因

（一）普速鐵路接觸網(wǎng)接觸線類型故障分析

接觸線類故障也是接觸網(wǎng)經(jīng)常性發(fā)生故障種類之一。接觸線作為剛性接觸網(wǎng)的重要組成部分，一旦接觸線出現(xiàn)問題難免會對接觸網(wǎng)造成不利影響。當(dāng)前接觸線類故障主要包括拉弧燒損、接觸線磨損、接觸線面放電痕跡三種故障。1.拉弧燒損故障。拉弧燒損故障造成的原因有很多，受電弓位置不平滑、或發(fā)生變形、磨損嚴(yán)重，定位線夾設(shè)計不夠科學(xué)等都可能導(dǎo)致剛性接觸網(wǎng)出現(xiàn)拉弧燒損故障。2.接觸線磨損。地鐵在運行中難免會出現(xiàn)磨損情況，磨損達(dá)到一定程度時就會影響剛性接觸網(wǎng)的正常使用，產(chǎn)生接觸線磨損故障。一般接觸線磨損故障多發(fā)生于錨段關(guān)節(jié)、分段絕緣器接頭線夾，定位點出及分相絕緣器等關(guān)鍵部位。3.接觸線面放電痕跡故障。由于地鐵速度較快，加之剛性接觸網(wǎng)彈性有限，可能導(dǎo)致特殊區(qū)域參數(shù)變化幅度大，電弓受到強有力的磨損，導(dǎo)致接線面出現(xiàn)發(fā)電痕跡故障。

（二）普速鐵路接觸網(wǎng)分段絕緣器故障問題分析

現(xiàn)場出現(xiàn)的分段絕緣器故障主要是絕緣部件故障，根據(jù)表現(xiàn)形式可以分為顯性故障和隱性故障。

1.顯性故障可以明顯看到絕緣器構(gòu)架遭到破壞：通常為一根主絕緣板斷裂，絕緣器被拉直，有時橋式絕緣子被燒損變形、甚至在一側(cè)斷裂；

2.絕緣器的隱性故障則表現(xiàn)出架構(gòu)完整，有時只能在特定環(huán)境下才能構(gòu)成故障，主要是：絕緣強度降低，絕緣滑道底部爬弧嚴(yán)重，停電線路有網(wǎng)壓，甚至惡劣天氣造成絕緣滑道擊穿，引起跳閘。表現(xiàn)為（1）絕緣滑道被電弧灼傷碳化，（2）絕緣污染引發(fā)的故障、（3）分段絕緣器消弧導(dǎo)角撞擊、折斷，（4）絕緣滑到出現(xiàn)樹枝狀碳化通道。

從分段絕緣器的工作要求和工作現(xiàn)狀可以看出，分段絕緣器工作在不利的環(huán)境中，其工作現(xiàn)狀并不能滿足工作要求的條件是造成分段絕緣器故障的主要原因。從故障產(chǎn)生的機理來分析：絕緣原件的機電性能保證了其正常工作的狀態(tài)，由于分段絕緣器故障主要是絕緣部件故障，所以造成分段絕緣器故障的主要原因是破壞了其具有的機電性能。主要表現(xiàn)在（1）絕緣滑板受到受電弓炭滑板磨損和炭粉附著，惡劣天氣條件下閃絡(luò)擊穿。（2）受電弓在分段絕緣器壓差較大情況下慢速的大取流燒斷絕緣滑板。（3）機車帶電闖分段。（4）混合牽引和環(huán)境污染的影響。

（三）普速鐵路接觸網(wǎng)支持裝置故障問題分析

鐵路接觸網(wǎng)的支持裝置對于接觸網(wǎng)的運行工作穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響非常明顯，在鐵路接觸網(wǎng)的使用工作中，支持裝置也會出現(xiàn)一些比較常見的故障問題。比如，支持裝置的表面彎曲、裝置定位夾出現(xiàn)開裂和破損，同時管道被腐蝕和絕緣子產(chǎn)生閃落等都是其中比較常見的故障現(xiàn)象。在支持裝置中的平腕臂或者斜腕臂結(jié)構(gòu)部分很有可能產(chǎn)生斷裂彎曲、燒傷偏移等各種故障問題，其中最常見的故障問題表現(xiàn)為腕臂的彎曲和斷裂，并且這一故障問題對鐵路接觸網(wǎng)的工作運行安全性所產(chǎn)生的影響尤為明顯。造成接觸網(wǎng)絕緣子的故障問題和外部環(huán)境氣候之間有著密切的關(guān)聯(lián)，主要是因為受到雷擊、臟污及覆冰所造成的各種沿面放電故障。因此，在雷雨季節(jié)條件下，需要對絕緣子部分展開重點檢查，避免產(chǎn)生雷擊故障問題；在非雷雨天氣環(huán)境下，則需要有效做好接觸網(wǎng)絕緣子的防污處理工作，在積雪天氣環(huán)境下需要充分做好絕緣子表面的浮冰積雪處理工作。在接觸網(wǎng)的支持裝置定位器中，存在的主要故障表現(xiàn)為脫落問題，產(chǎn)生這一問題的主要原因是受電弓產(chǎn)生故障或者接觸網(wǎng)中的定位線夾功能失效，而受電弓所產(chǎn)生的主要故障問題表現(xiàn)為腕臂斷裂和變形兩種問題。

二、電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障防護措施

（一）故障搶修

針對接觸網(wǎng)供電故障的處理應(yīng)遵循“先通后復(fù)”的原則。若故障發(fā)生在車場，場調(diào)應(yīng)與指揮部人員溝通，做好交接工作，以便搶修工作可順利開展。在故障發(fā)生后，要組織救援人員有序進(jìn)場，在明確現(xiàn)場情況后制定初步救援方案。在方案的落實過程中應(yīng)積極疏導(dǎo)乘客，減小影響范圍，切實保證運輸安全。若因弓網(wǎng)故障導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或相關(guān)設(shè)施系統(tǒng)受損，將加大故障搶修的難度，因此，需要先根據(jù)受損結(jié)構(gòu)或設(shè)施的實際情況采取處置措施，為正式搶修工作創(chuàng)造安全的環(huán)境?，F(xiàn)場負(fù)責(zé)人組織人員進(jìn)入現(xiàn)場，根據(jù)救援方案的要求展開搶修工作?，F(xiàn)場人員需要精準(zhǔn)劃定搶修區(qū)域，任何與搶修作業(yè)無關(guān)的人員均不可進(jìn)入現(xiàn)場。為提高救援效率，各專業(yè)搶修隊伍在做好自身專業(yè)工作的同時應(yīng)加強配合、協(xié)同作業(yè)，打通信息溝通渠道，縮短故障搶修的時間，恢復(fù)正常運營狀態(tài)。

（二）弓網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測

為預(yù)防弓網(wǎng)故障出現(xiàn)，應(yīng)依托計算機系統(tǒng)與信息化技術(shù)，構(gòu)建弓網(wǎng)自動監(jiān)控系統(tǒng)，在弓網(wǎng)中設(shè)置若干數(shù)量傳感器裝置，傳感器持續(xù)向系統(tǒng)上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作人員對比監(jiān)測數(shù)據(jù)與額定值，即可準(zhǔn)確掌握弓網(wǎng)實時運行情況，發(fā)現(xiàn)故障問題，快速鎖定故障點與開展檢修工作。例如，在某電氣化鐵路工程中，弓網(wǎng)主要監(jiān)測項目包括接觸線高度、拉出值、振動補償值、雙支接觸線高度差、雙支接觸線橫向距離。其中，拉出值測量范圍為±625mm、分辨率為1mm、最大允許誤差為±10mm。大大降低了弓網(wǎng)故障的發(fā)生率。

（三）接觸網(wǎng)故障防護措施

首先，需要基于接觸網(wǎng)工作區(qū)域的地理條件和氣候環(huán)境條件進(jìn)行針對性防控和處理。在接觸網(wǎng)故障防護處理工作中，受雷電天氣和各種自然災(zāi)害因素的影響，對鐵路接觸網(wǎng)所產(chǎn)生的干擾相對較大，同時所形成的破壞性存在一定的隨機現(xiàn)象。因此，在工程設(shè)計防護工作過程中必須充分考慮到外部天氣環(huán)境因素對接觸網(wǎng)的運行工作狀態(tài)所產(chǎn)生的干擾。尤其在一些雷雨天氣頻發(fā)的地區(qū)，可以在鐵路沿線部分增加避雷器設(shè)備數(shù)量，同時架設(shè)避雷線。避雷線需要直接安裝在接觸網(wǎng)鋼柱的頂部區(qū)域，同時通過采取綜合接地處理工作方法，接地極和地面之間的接觸電阻大小設(shè)計方面必須符合接觸網(wǎng)的防護工作要求，當(dāng)接地極達(dá)到運行工作期限和條件之后，則需要對接地電阻進(jìn)行有效檢測，觀察接觸網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)情況是否保持正常。

（四）完善接觸線類故障防范機制

1.避免拉弧燒損

在避免拉弧燒損方面相關(guān)人員可以從拉弧燒損原因入手，阻斷其發(fā)生的源頭，為接觸網(wǎng)質(zhì)量提升提供支持。相關(guān)人員需要及時加強受電弓監(jiān)測力度，一旦發(fā)現(xiàn)其發(fā)生變形要第一時間進(jìn)行更換。剛性定位線夾設(shè)計方面，可采用專業(yè)BIM 技術(shù)，反復(fù)對設(shè)計進(jìn)行模擬，提升剛性接觸網(wǎng)質(zhì)量。相關(guān)工作人員在日常監(jiān)測中要關(guān)注受電弓位置的變化，一旦發(fā)現(xiàn)其不平滑要及時進(jìn)行處理，阻斷拉弧燒損出現(xiàn)的原因。

2.加強接觸線動態(tài)監(jiān)測

相關(guān)人員可以利用先進(jìn)技術(shù)，對剛性接觸網(wǎng)中接觸線進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，及時對受損的接觸線進(jìn)行處理，且在監(jiān)測中需要注重監(jiān)測錨段關(guān)節(jié)、分相絕緣器接頭、整備線隔離開關(guān)等接觸線常發(fā)故障部位。

（五）創(chuàng)建高素質(zhì)的應(yīng)急指揮中心

接觸網(wǎng)停電后現(xiàn)場負(fù)責(zé)人應(yīng)及時感知情況，并與調(diào)度指揮中心取得聯(lián)系，加強信息反饋，通過多方協(xié)作確認(rèn)故障信息，確保信息無誤后向值班調(diào)度報告。在故障處理過程中，調(diào)度指揮中心主要負(fù)責(zé)前期的應(yīng)急指揮，根據(jù)現(xiàn)場情況生成預(yù)案后交給現(xiàn)場應(yīng)急指揮部，合理調(diào)度專業(yè)人員?，F(xiàn)場指揮期間根據(jù)弓網(wǎng)故障的實際情況采取相適應(yīng)的組織規(guī)劃，若故障發(fā)生在車場，前期由場調(diào)指揮；若故障發(fā)生于正線，應(yīng)由值班站長統(tǒng)籌規(guī)劃，指揮故障處理工作。

結(jié)語

綜上所述，電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障具有成因復(fù)雜與形式多樣的特征，工作人員需要深入了解接觸網(wǎng)故障問題的主要產(chǎn)生原因，綜合采取上述故障防護措施，重點開展接觸網(wǎng)日常維護檢修與狀態(tài)監(jiān)測工作，有效預(yù)防與及時解決接觸網(wǎng)故障問題，改善電氣化鐵路運輸能力與接觸網(wǎng)工作質(zhì)量，推動中國鐵路事業(yè)的健康發(fā)展。