高速鐵路接觸網斷線監測技術淺探

張振勇

鐵路接觸網是高速電氣化鐵路運行不可缺少的裝置。隨著接觸網施工技術、監測技術、零部件制造技術的發展以及運營管理技術的日益成熟，接觸網運行可靠性得到了大幅度的提高。但是由于其運行環境的特殊性，尤其是高速鐵路，接觸網要承受高速列車以一定的壓力高速接觸摩擦運行，再加上大電流產生的熱，還要受拉力、電弧、風雪、霧雨及大氣污染等因素的影響，使處在晝夜不停動態運行狀態之中的高速鐵路接觸網，發生斷線故障的可能性較一般電力供電線路大得多。

1 接觸網斷線的原因

1．接觸網導線長期磨損，造成截面減小、機械強度下降，到一定程度時，無法承受接觸網額定張力而發生接觸網斷線。

2．在接觸網上網點、股道電連接等接續點，由于電氣、化學腐蝕造成電氣接觸不良，長期發熱、放電而發生接觸網斷線。

3．由于機車弓網事故或機車故障、機車司機操作不當、雷擊等惡劣天氣等原因造成接觸網斷線。

2 接觸網斷線后兩種情形的危害

1．接觸網斷線后接地，使牽引變電所相應供電臂觸發保護動作，斷路器跳閘，但是現有牽引供電綜合自動化系統只能顯示為接觸網接地故障跳閘，而不能判斷出是接觸網斷線還是接觸網其他部件接地。

這種情況發生后，導線接地，供電系統中斷，鐵路行車中斷，對鐵路工務、電務、通信等設備造成不同程度的損害和影響。例如：京滬高鐵開通運營初期，在濟南局管內某區間接觸網由于惡劣天氣遭受雷擊，發生接觸網斷線，牽引變電所跳閘，故障區間中斷供電近2小時，中斷京滬高鐵下行方向行車，造成近20趟列車出現不同程度的晚點。對鐵路造成的損失不可估量。

2．接觸網斷線后接觸網不接地，牽引變電所保護不動作，斷路器不跳閘，現有技術條件無法第一時間發現故障發生，更無法確定故障地點。

此種情況發生后，導線不接地，接觸網還在供電，導線懸于鐵路線路上方，斷線不會對工務、電務、通信設備造成損害。但這類的故障很可能會造成運行中的動車組出現打弓、刮網甚至塌網等情況，對人身和行車設備造成更大損害。

3 接觸網斷線監測系統分析及改進建議

如果能有一套系統在接觸網斷線時及時發出報警信號并顯示出接觸網發生斷線時錨段及公里標，那么供電調度就能根據收到的報警信號，及時通知斷線區域附近的列車和人員，避免接觸網斷線給列車和人員造成傷害，也可以防止事故范圍的擴大。如果能及時發現接觸網斷線發生的準確地點，還能為故障搶修節約時間，減少斷線事故影響，提高運輸的經濟效益，而且能使故障帶來的損失降低到最小程度，為電氣化鐵路供電的安全運行提供多一層保護。

目前的接觸網斷線監測技術研究主要有3個方向：

1．通過牽引變電所綜合自動化系統中電壓、電流變化發現接觸網斷線，這是長久以來從電氣原理方面監測接觸網斷線的研究方向，但是一直沒有大的進展。現有接觸網故障測距系統只能監測到斷線后接地的接觸網斷線故障。雖然能顯示為故障接地，并能測量故障點的大概位置，但卻不能判斷出是接觸網斷線接地還是其他電氣故障接地。如果故障測距更精確，能夠區分開這兩項故障接地，就可以把故障測距做為一種監測輔助手段。

2．通過現代先進的激光測距技術，監測接觸網補償系統墜砣a、b值變化，來監測接觸網斷線。在接觸網補償器加裝激光測距裝置，單片機控制，可以定義測量間隔和數據存儲，并且具有無線數據上傳功能，每個測距裝置具有獨立的ID，可以實現每個補償器B值的實時連續監測和數據存儲。

這種方法使用的技術先進，通過監測接觸網補償系統a、b值變化大小和時間長短，來判斷接觸網狀態。如果監測發現a、b值發生突變并超出正常范圍，就可判斷出接觸網斷線并報警。但是由于激光實時測距裝置功耗較大，監測點需采用太陽能電池板與蓄電池組供電方式，其相關設備復雜、不利于投入實際運行。并且在采用棘輪補償裝置的高鐵接觸網斷線后，墜砣a、b值變化的范圍不明顯，很多情況下檢測不到斷線。

如果能降低激光測距的功耗，或者通過聲波等其他低功耗測量距離手段代替激光測距，功耗降低后取消太陽能板，只靠高性能鋰電池就能為裝置提供長時間的供電，這樣就能使斷線監測裝置更便于安裝，更宜投入實際運用。如果再通過長時間運行，總結出采用棘輪補償裝置的接觸網錨段斷線后a、b值變化規律，完善監測后臺系統分析數據，使它能更準確判斷出接觸網錨段斷線，這套系統就可以比較全面的監測接觸網斷線故障。

3．通過監測接觸網張力變化來發現接觸網斷線是一種不錯的設想。它通過分析接觸網接觸懸掛張力變化，研制了一種安裝在接觸懸掛下錨終端的張力在線監測系統。當接觸網張力超出允許數值時，通過GSM網發出短信預警信息，及時發現接觸斷線事故的發生，并能起到快速查找的作用。該系統采用ARM嵌入式微處理器和磁致伸縮式張力傳感器，采用GPRS短信通信方式進行斷線報警，系統功耗小，采用高性能鋰電作為電源，實現較為簡單。但是它要把張力傳感器裝在接觸導網下錨終端上，安裝和檢修需接觸網停電，并且由于應力感應器安裝的位置限制，不能全面監測接觸網斷線。

如果將導網下錨終端上的應力傳感器安裝在不需接觸網停電，并且便于檢修維護的地方，如接觸網補償裝置墜砣桿上方，而且能真實監測到接觸網應力的變化，這套系統將會更有實用價值，就很可能得到推廣應用，成為鐵路牽引供電系統斷線監測的一套實用性產品。

4 結論

接觸網斷線監測技術的研發應按照安裝簡單、維護檢修方便，安裝檢修過程中無需接觸網停電，并且不間斷設備運行，服務一線的原則，經過對現有監測系統的不斷完善，取長補短綜合應用，接觸網斷線的實用監測系統，將成為高速鐵路牽引供電系統安全運行的一項重要技術，為牽引供電系統的安全運行提供多一層保護。

［1］ 譚秀炳 ．交流電氣化鐵道牽引供電系統［M］．西南交通大學出版社，2007．

［2］ 于萬聚 ．高速電氣化鐵路接觸網［M］．西南交通大學出版社，2003．