地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性及主要故障分析

楊文旭

（西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運營分公司，陜西 西安 710016）

地鐵的穩(wěn)定運行既能提供快捷、便利的出行交通方式也有助于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，應(yīng)該保證其動力能源供應(yīng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，而在此過程中，接觸網(wǎng)發(fā)揮的作用很大，是重要的供電裝置。因此，需要對地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性深入分析，明確系統(tǒng)運行期間存在的主要故障，并在掌握成因的基礎(chǔ)上，有針對性地制定故障解決措施，強(qiáng)化對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)和管理。

1 地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)概述

接觸網(wǎng)為沿鐵路線建設(shè)，通過滑動接觸、移動負(fù)荷方式為機(jī)車車輛供電的電力線路，在地鐵建設(shè)中，接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)中最直接為電客車提供電能的系統(tǒng)，文章主要對地鐵供電系統(tǒng)中柔性接觸網(wǎng)及剛性接觸網(wǎng)進(jìn)行表述和分析。

由于運行環(huán)境等因素的影響，地鐵供電接觸網(wǎng)在應(yīng)用期間，存在的不足之處也比較多：①對于露天架空接觸網(wǎng)，如果遇到惡劣天氣，弓網(wǎng)事故出現(xiàn)概率便會增大。②電客車運行弓網(wǎng)關(guān)系極易被多方面因素干擾，包括慣性、空氣動力、受電弓抬升力等，最終出現(xiàn)弓網(wǎng)振動情況，嚴(yán)重干擾了接觸網(wǎng)的正常工作，一旦情況嚴(yán)重，弓網(wǎng)事故便會隨之而來。③接觸網(wǎng)設(shè)備均沒有備用，如果接觸網(wǎng)出現(xiàn)問題，不得不中斷車輛的運行，導(dǎo)致地鐵運行受到影響。

2 地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性分析

在地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中，要想減少問題出現(xiàn)頻率，規(guī)避故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，需要結(jié)合具體問題，采取不同的方法對系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。

2.1 故障樹分析法

在分析地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性過程中，可以選擇利用故障樹分析法。該方法在應(yīng)用期間，首先要將地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)看成是有多個元件和部分組成一個完整系統(tǒng)，其中各個部件的聯(lián)系密切。同時做好實地勘察和調(diào)研工作，收集與地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，包括接觸網(wǎng)各部件出現(xiàn)故障的時間、頻率、故障造成的影響、故障的維修時間等，通過對數(shù)據(jù)信息的整理和分析，對故障發(fā)生概率精準(zhǔn)計算。在計算可靠性過程中，要結(jié)合系統(tǒng)的具體運行狀態(tài)，科學(xué)建立故障樹模型，準(zhǔn)確計算割集，并依照最小割集確定可靠性指標(biāo)，最后將這一指標(biāo)作為基礎(chǔ)，綜合分析地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性，并以此為前提制定優(yōu)化策略，保證系統(tǒng)能平穩(wěn)運行。

2.2 懸掛支撐裝置受力分析法

在地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，其中懸掛支撐裝置發(fā)揮的作用很大，但因為柔性懸掛腕臂、定位器等，剛性懸掛安裝底座、懸吊槽鋼等需要承受較大的作用力，所以在分析可靠性期間，要將重點放在受力情況上。通過有針對性地分析，因為應(yīng)力原因而造成損壞的情況能得到針對性預(yù)測，接觸網(wǎng)在工作期間，懸掛支撐零部件出現(xiàn)狀態(tài)異常或失效的概率會降低，有利于系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的提升。

3 地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)主要故障

在地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行期間，故障問題主要包括以下內(nèi)容：

3.1 剛性接觸網(wǎng)主要故障

在地鐵供電接觸網(wǎng)體系中，剛性接觸網(wǎng)相對柔性接觸網(wǎng)沒有太多零部件，且無張力，維護(hù)相對簡單，但長期運行零部件會出現(xiàn)松動問題，接觸線會出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，影響了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及安全。

（1）零部件松動。在定位點對底座槽鋼定位連接時，剛性接觸網(wǎng)應(yīng)用的是T型螺栓，地鐵在運行一段時間后，因為運行振動等因素的影響，T型螺栓會被振動發(fā)生偏移，久而久之，最終松動脫落。剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)各連接零部件中，對螺栓的使用量很大，在這種情況下，會出現(xiàn)很多的連接節(jié)點，一旦地鐵處于運行狀態(tài)，弓網(wǎng)便會受到來自各方面力的沖擊，此時，絕緣子和匯流排之間會處于振動狀態(tài)，長時間振動致使螺栓因為松動而脫落，影響了系統(tǒng)正常運行的同時，還存在了很大的安全隱患。

（2）接觸線磨損嚴(yán)重。地鐵在實際行駛過程中，由于速度相對很快，因此線面很容易出現(xiàn)打火或者放電痕跡，加劇了電氣磨損。剛性接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)壓力參數(shù)大，且剛性接觸網(wǎng)彈性較差，接觸線機(jī)械磨損的程度會愈發(fā)嚴(yán)重，阻礙了系統(tǒng)的高效運行，也為安全管理工作的有序?qū)嵤黼y度。一方面，錨段關(guān)節(jié)存在磨損現(xiàn)象，影響受電弓的正常過渡，潛在的安全隱患大。另一方面，針對部分比較特殊的區(qū)域，比如曲線區(qū)段磨損程度劇烈，再加上減振道床的應(yīng)用，導(dǎo)致弓網(wǎng)問題越來越嚴(yán)重，甚至?xí)Φ罔F整體運行的安全性造成影響。

（3）中間接頭螺栓故障。在地鐵剛性懸掛結(jié)構(gòu)中，因受電弓存在接觸壓力，在車輛運行情況下，接觸網(wǎng)受到的沖擊力比較大，懸掛系統(tǒng)在車輛運行期間長時間發(fā)生振動現(xiàn)象，加上地鐵運行環(huán)境特殊，電客車運行密度大，接觸網(wǎng)整體振動幅度數(shù)值便會發(fā)生變化（增大且持續(xù)時間長），從而出現(xiàn)接頭螺栓松動、脫落或滑牙問題，不僅影響了運行質(zhì)量，也加大了安全問題發(fā)生的概率。

3.2 柔性接觸網(wǎng)主要故障

（1）空間結(jié)構(gòu)尺寸故障。在對空間結(jié)構(gòu)尺寸問題研究與判斷過程中，一般根據(jù)故障原因、接觸網(wǎng)狀態(tài)變化等因素進(jìn)行研斷，故障時接觸網(wǎng)線索設(shè)備失效、基礎(chǔ)零件松動以及接觸網(wǎng)零件變形等情況比較嚴(yán)重。究其原因：主要是由于設(shè)計與施工中存在不合理的情況，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不能嚴(yán)格根據(jù)規(guī)定與規(guī)范實施，另外在施工時接觸網(wǎng)構(gòu)件如果沒有嚴(yán)格依照規(guī)范流程有序作業(yè)，將會出現(xiàn)損傷和變形等問題，會影響接觸網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)以及設(shè)備參數(shù)，相關(guān)部門施工過程中工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，對后期接觸網(wǎng)的性能、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，像螺栓無法有效固定、接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)超標(biāo)等諸多問題出現(xiàn)。除此以外，因接觸網(wǎng)的外部運行環(huán)境造成空間結(jié)構(gòu)尺寸絕緣距離不夠的情況，也會形成接觸網(wǎng)故障。

（2）電氣連接故障。地鐵在運行期間，電氣連接設(shè)備結(jié)構(gòu)狀態(tài)不良，整體接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的運行質(zhì)量必然會降低，像電連接線夾安裝狀態(tài)不良等，很可能出現(xiàn)電連接線夾松動甚至掉落的情況，若不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，可能會導(dǎo)致刮弓等弓網(wǎng)故障，故障影響及故障處理工作難度大。另外，電氣連結(jié)設(shè)置不規(guī)范、接觸不良會影響接觸網(wǎng)的電氣導(dǎo)通性能，造成接觸網(wǎng)局部高溫甚至熔損、熔斷形成接觸網(wǎng)故障，地鐵在實際運行過程中，零部件燒傷問題比較常見，潛在的安全風(fēng)險較高，必須加強(qiáng)重視，并制定好應(yīng)對措施。

（3）絕緣設(shè)備故障。在地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中，絕緣設(shè)備作為其中關(guān)鍵的電氣設(shè)備，絕緣子絕緣強(qiáng)度沒有達(dá)到既定要求、運行環(huán)境比較惡劣等問題的存在，會對絕緣設(shè)備運行有效性產(chǎn)生很大影響，最終使得絕緣設(shè)備發(fā)生放電現(xiàn)象甚至出現(xiàn)絕緣設(shè)備被擊穿的情況，使得系統(tǒng)絕緣設(shè)備無法發(fā)揮出應(yīng)有的作用而造成系統(tǒng)故障。為解決這類問題，應(yīng)該采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度進(jìn)行絕緣設(shè)備選材、施工，并通過建立合理的維保機(jī)制來保障絕緣設(shè)備的良好狀態(tài)，避免絕緣設(shè)備相關(guān)故障，獲得最佳的運行結(jié)果。

4 地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障的解決措施

為規(guī)避地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障問題，首先要在設(shè)計環(huán)節(jié)避免故障問題出現(xiàn)的幾率，其次在運行過程中將接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行實際情況作為依據(jù)，構(gòu)建完善的監(jiān)督和管理體系，并切實落實，合理檢測和診斷，定期做好維修和管理工作，除了能對系統(tǒng)的運行質(zhì)量全面提升之外，同時也能預(yù)防減少故障問題。

4.1 剛性接觸網(wǎng)故障解決措施

針對剛性接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及其運行特點，可以針對性的采取故障應(yīng)對措施。因此，應(yīng)該根據(jù)具體問題，合理制定處理措施，做好故障預(yù)防，同時及時發(fā)出異常預(yù)兆，第一時間組織人員，短時間內(nèi)開展診斷檢修工作，提高故障處理有效性，確保能達(dá)到系統(tǒng)全面優(yōu)化的目標(biāo)。

在解決零部件松動、脫落以及中間接頭螺栓故障問題的過程中，可以構(gòu)建并做好周期性的檢查維保機(jī)制，通過定期維護(hù)工作能及時發(fā)現(xiàn)零部件及接頭螺栓松動、脫落等問題，并采取相應(yīng)措施，避免問題進(jìn)一步惡化。同時根據(jù)剛性接觸網(wǎng)設(shè)備運行經(jīng)驗控制好維修的次數(shù)，比如接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式以螺栓連接固定的形式為主，如果維護(hù)頻率過大，也會對設(shè)備工作質(zhì)量造成不利影響，像螺栓松緊的頻率過高會造成螺栓滑牙等情況，另外需要考慮維保中人工出錯的幾率，所以在接觸網(wǎng)設(shè)備維保工作實施的過程中，要考慮地鐵接觸網(wǎng)設(shè)備運行頻率、強(qiáng)度的問題，技術(shù)部門要根據(jù)實際情況，制定靈活性強(qiáng)且效果良好的設(shè)備維保機(jī)制及故障管理機(jī)制，通過制度的有效落實，整個剛性接觸網(wǎng)各部件因振動產(chǎn)生的問題能得到改善，故障問題也能進(jìn)一步避免。

針對接觸線磨損問題，首先要控制好接觸網(wǎng)的設(shè)計環(huán)節(jié)，提升減振床道和曲線線路設(shè)計的規(guī)范性和合理性，在設(shè)計階段要做好各項參數(shù)的計算，防止后續(xù)運行過程出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患，為地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。在地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行期間，明確維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對維保操作流程合理設(shè)定，編制好相應(yīng)的維護(hù)規(guī)范，有針對性地制定維保辦法，以便可以為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供支持，降低異常磨耗問題出現(xiàn)的幾率。為減少問題的發(fā)生，還要掌握系統(tǒng)運行規(guī)律，嚴(yán)格依照運行規(guī)律加強(qiáng)維護(hù)和管理，做好系統(tǒng)檢查工作，一旦出現(xiàn)異常情況，必須要第一時間處理，以便可以從根源規(guī)避故障問題。

在故障處理期間，深層次剖析地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障以及機(jī)理，在整個系統(tǒng)中，需要將多種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用其中，對計算機(jī)、電子技術(shù)等高效利用，將硬件與軟件銜接在一起，加強(qiáng)對在線監(jiān)測與智能故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建，形成一套較為完善的故障處理體系，對設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)展開實時高效測量收集，將系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)信息輸入到計算機(jī)中，精準(zhǔn)計算和處理，結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，并能形成邏輯分析，能讓信息的采集以及判斷更加高效，進(jìn)而形成一個統(tǒng)一的整體，確保故障問題在全面解決的同時，系統(tǒng)運行效率也能提升。

4.2 柔性接觸網(wǎng)故障解決措施

在對柔性接觸網(wǎng)故障處理期間，需要結(jié)合具體問題，科學(xué)處理。

（1）規(guī)范解決空間結(jié)構(gòu)尺寸故障。為有效解決空間結(jié)構(gòu)尺寸方面的問題，要在施工驗收階段明確驗收標(biāo)準(zhǔn)的前提下，切實落實各項制度和規(guī)范，特別是在零部件安裝方面，驗收部門要準(zhǔn)確測量和做好監(jiān)督，避免零部件安裝不規(guī)范造成空間結(jié)構(gòu)尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)，一旦施工完成后期處理相對都比較困難。同時在柔性接觸網(wǎng)日常運營維保中，要注意外部環(huán)境接地體對接觸網(wǎng)帶電體的空間距離，避免因外部環(huán)境原因造成空間尺寸不滿足要求從而形成接觸網(wǎng)故障。

（2）科學(xué)處理電氣連接故障。施工部門在地鐵建設(shè)期間，依據(jù)規(guī)范操作流程和標(biāo)準(zhǔn)開展各項工作，加大控制管理力度，確保施工質(zhì)量，減少后期故障問題的發(fā)生。工程驗收時，要對項目內(nèi)容嚴(yán)格驗收，若在驗收期間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量或者安全等問題，必須及時解決，當(dāng)所有環(huán)節(jié)都合格之后方可投入使用。在接觸網(wǎng)運營期間，對電氣連接部位應(yīng)加強(qiáng)維保檢查，針對重點部位，要強(qiáng)化監(jiān)督和管理，結(jié)合運行情況制定管理辦法，比如隔離開關(guān)合閘刀頭接觸及電氣性能是否良好，通常檢測其合閘刀頭間隙是否符合要求、并測量隔離開關(guān)合閘刀頭回路電阻，測試其阻值是否符合要求，保證良好的電氣導(dǎo)通性能，避免設(shè)備發(fā)熱甚至熔毀。

（3）謹(jǐn)慎處理絕緣設(shè)備故障。在絕緣設(shè)備選材過程中，對材料的性能質(zhì)量充分考慮，保證材料的防污能力能達(dá)到實際需求標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)接觸網(wǎng)正常供電提供保障，同時保證接觸網(wǎng)絕緣距離參數(shù)的設(shè)置合理，讓供電設(shè)備始終處于安全的運行環(huán)境。在接觸網(wǎng)運營維保時，充分考慮電氣設(shè)備所在工作環(huán)境的清潔程度，依據(jù)實際情況制定合理的絕緣設(shè)備表面的清潔周期。在日常運行中保持接觸網(wǎng)周圍沒有影響其運行的異物等，比如鄰近架空金屬物、附近的林木草蔓等，為提高供電穩(wěn)定性和安全性，要及時采伐附近的林木草蔓等。同時盡量減少強(qiáng)風(fēng)、雷雨天氣對其的侵襲危害，如強(qiáng)風(fēng)吹動異物短接絕緣設(shè)備、雷電流擊穿絕緣部件等，努力消除環(huán)境因素帶來的影響，才能讓整個系統(tǒng)得到優(yōu)化，有效解決絕緣設(shè)備問題。

5 結(jié)語

綜合而言，深入分析地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性，能為系統(tǒng)檢修方案的制定提供支持，也可以讓故障處理更加有針對性。當(dāng)前，地鐵供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)在地鐵運行中的作用非常重要，若想保證系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，需要針對現(xiàn)存故障，合理制定處理措施，并強(qiáng)化對相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和優(yōu)化，完善系統(tǒng)工作模式，確?？梢詾槲覈罔F行業(yè)的不斷發(fā)展提供支持。