電氣化鐵道接觸網故障類型分析及防治措施

郝海峰/朔黃鐵路有限公司

電氣化鐵道接觸網故障類型分析及防治措施

郝海峰/朔黃鐵路有限公司

接觸網故障直接導致行車中斷，為了加強對接觸網運行質量的管理，提高牽引供電的可靠性，有必要對電氣化鐵路接觸網的故障進行監控和管理。本文通過對朔黃線近幾年接觸網故障的統計分析，分別從故障類型、故障原因等方面進行了分類，提出了故障的主要原因，并給出了防治措施。

接觸網；絕緣子；接觸網；弓網故障

引言

牽引供電系統通過接觸網向列車提供電能，是電氣化鐵路的重要組成部分[1]。目前我國電氣化鐵路采用的是交流供電制式，牽引變電所連接地方電網，將220kV或110kV輸電線路傳輸的電能轉變為55kV(AT供電方式)或27.5kV(直供方式)后，通過接觸網向列車供電。由于受鐵路凈空及取流的限制，接觸網直接暴露于曠野中，受雨、雪等自然氣候的侵蝕，且沒有備用系統。一旦接觸網發生故障，將直接導致行車中斷，影響運輸效率，降低企業的效益。嚴重時可能危及設備、檢修人員及列車的安全。因此，我國專業人員對接觸網故障開展了大量的研究，包括對弓網故障的分析、接觸網故障的測距等。本文將根據朔黃線接觸網近幾年運行的實際數據統計資料，對接觸網故障進行分類，研究給出每一類型故障發生的主要原因，并提出防治措施。

1.接觸網基本結構

接觸網結構非常復雜，圖1為直供方式下的接觸網。為了保證列車能在高速下正常取得電能，接觸網與列車受電弓接觸處要求平滑且有彈性，因此接觸網導線分為承力索與接觸線。接觸線為與列車受電弓接觸的導線，如圖1中2所示。

圖1 接觸網示意圖

圖1中4為定位器，用于保證接觸線呈“之”分布，讓受電弓磨損均勻。

圖2為AT供電方式的接觸網，與直供方式相比，AT供電方式為2*27.5kV，但列車運行電壓為27.5kV，因此圖中支柱的田野側多了一條負饋線，該導線對鋼軌的電壓為27.5kV，承力索和接觸線與鋼軌的電壓也為27.5kV，但二者的相位相差180度。

圖2 AT供電方式下的接觸網示意圖

由于每一個牽引變電所供電距離有限，因此一條鐵路線路有數十個變電所供電，為了分隔各個變電站的供電區間及相位，接觸網還需要進行分相和分段，在站場的接觸網結構尤為復雜，如圖3所示。復雜的接觸網結構，以及接觸網與列車受電弓之間的高速相對運動，導致接觸網非常容易發生故障。

圖3 黃驊港站的接觸網結構

2.接觸網故障類型分析

為了探明接觸網故障的主要原因，現將朔黃線近幾年的運行數據進行統計分析，結果如圖4所示：近4年發生的牽引供電系統障礙、故障以及事故共計77次，其中自動降弓共計11次（機車受電弓加裝自動放風降弓裝置后再無弓網故障），占總次數的14.3%以上。絕緣子污閃及絕緣間隙擊穿59次，占總次數的76.6%左右，不明原因引起跳閘7次，約為總數的10%。下文將重點對弓網故障及絕緣故障進行分析。

圖4 自動降弓、故障及事故原因分類

3.接觸網弓網關系分析

3.1 弓網障礙類型

列車高速運動時，受電弓滑板和接觸線處于高速的相對運動狀態。當接觸網或列車受電弓存在缺陷時，高速運動將這些缺陷的影響擴大，有可能導致受電弓拉翻或接觸網零件損壞，嚴重時可通拉斷接觸網導線，拉斷接觸網支柱。

弓網障礙是接觸網一種常見的故障類型，根據發生弓網故障的原因，可以分為以下幾類：

產品質量問題引起的弓網障礙

由于接觸網零部件的質量不合格，或者是零部件有施工或運行過程中受到損傷，當該零部件在長期動態工作過程中疲勞損壞，進而形成弓網障礙。

如某站場接觸線斷線，其原因是接觸線斷裂處有￠3mm的氣泡和淺灰色銅層，由于材質不合格造成接觸網故障。

因施工與檢修造成的弓網障礙

在施工與檢修過程中，如果未嚴格執行相關的規定，導致參數未達到要求，如之字值超標、定位坡度不足，線岔不水平等，從而引起弓網故障。

如某次因跨越施工，導致導電體落到接觸網上引起接地，燒斷接觸網，列車通過時導致受電弓被打壞引起自動降弓。

氣候變化引起的弓網故障

接觸網受氣候的影響較大，尤其是下錨支柱，當氣溫發生改變時，接觸線與承力索發生熱脹冷縮，引起下錨偏移，造成接觸網支柱及接觸懸掛參數的變化等。

如某區間拉出值均為300左右，接觸線因有吊弦受力的作用，下降不大，未偏出電力機車受電弓的有效工作范圍，因此未形成鉆弓。但定位器懸掛在受電弓的有效工作范圍內，并低于接觸線上方，再加上電力機車受電弓抬升力的作用，致使機車經過時懸掛的定位器打壞受電弓自動放風角閥，引起自動降弓。

3.2 弓網障礙的統計分析

引起弓網故障的原因很多，根據近幾年弓網故障的統計結果，由于零部件質量原因的故障共有10次，超過了總共故障次數的91%。路外原因的故障共有1次，約為總次數的9%。

通過該統計分析結果可知，弓網故障中，占主體的是零部件因素，因此減少弓網故障的關鍵為：

①要確保使用的設備與零部件的材質合格。

要確保使用的設備與零部件的材質合格，首先必需把好材料進料關，該做試驗的必需做試驗。

②加強維修與檢測管理。

除零部件質量問題，檢修不到位是造成弓網故障的第二原因。要加強定位點與線岔的檢修與維護工作，如：定位器坡度、電聯接線及線夾的狀態、拉出值、線岔的投影點、等高、抬高、吊弦及吊弦線夾、設備銹蝕等等。特別是新建線路與大修后的線路，可能存在大量施工遺留的問題，必需加強檢測與管理。

3.3 減少弓網障礙的措施

（1）加強對接觸網參數的綜合監測：除了日常巡視進行的靜態檢測，還應結合接觸網綜合檢測車進行動態檢測，及時消除發現的問題。減少硬點對受電弓造成的影響，制定適當的檢修周期，對導線接頭及時檢修，及時調整導線導高，降低導線坡度，消除導線坡度對受電弓的影響。

（2）加強對接觸網各部零件的檢查：對螺栓、螺母、彈墊、防松墊片的平推、檢查，在設備投人時要對各部螺栓進行平推緊固，在此基礎上通過抽查逐步摸索螺栓動態松動周期，及時進行緊固，確保各部參數處于標準范圍。同時在有條件的情況下盡可能多地使用防松螺母及墊片。

（3）對不能適應列車運行條件的接觸網部件和處所進行改造：如高速動車組運行區段的分段、分相和抬高受限處所。對容易脫落打弓的部件如“鄰線有電牌”進行更換。

（4）嚴格按照溫度曲線安裝、調整設備：保證設備不致因溫度變化而產生卡滯、過緊、過松而使接觸網參數發生變化。

（5）加強設備抵抗外界干擾的能力：如給支柱修建護坡和設立防護樁等。

4.絕緣故障分析

4.1 絕緣類型分析

4.1.1 絕緣子閃烙。

引起絕緣子閃絡的主要原因分為污閃和雷擊閃絡兩種，絕緣子污閃是指當絕緣子表面污穢較多時，在雨霧天氣，污穢吸水形成導電層，導至絕緣子閃絡。而雷擊閃絡主要是由于雷電過電壓的影響。此外，當絕緣子的絕緣材料性能下降時，也可能造成絕緣子擊穿。

根據目前的統計數據，絕緣子雷擊閃絡位置與雷擊點有關，而絕緣子污閃主要發生在站場，尤其是貨物裝卸線路的絕緣子與開關容易發生閃絡。

圖5 絕緣子污閃

4.1.2 異物對絕緣的影響。

由于接觸網裸露在空中，受周圍環境影響交大，特別是大風天氣或結構物掉落，經常會導致接觸網設備上懸掛異物或異物侵入設備限界，從而經常造成事故跳閘，影響行車的安全。

4.1.3 鳥害對絕緣的影響。

鳥類引起的接觸網故障在總故障中僅次于異物與樹木侵限。圖6為鳥在支柱腕臂底坐上搭建的鳥巢，每年在春季的時候是鳥類筑巢的高峰期，由于接觸網結構的性質，地勢處于開闊陽光充足的位置，導致鳥類選擇棲息的首選地方，搭建鳥窩的材料一般是樹枝或者鐵絲，縮短對接觸網帶電部分的安全距離，導致接觸網放電或者跳閘。

圖6 鳥巢對線路絕緣子的影響

4.1.4 朔黃鐵路近年來絕緣類型故障造成的接觸網跳閘件數統計。

絕緣子閃絡(件) 異物搭接(件) 鳥害(件)2013年 23 3 2 2014年 7 1 2 2015年 7 1 1 2016年 5 3 4

4.2 絕緣故障原因分析

4.2.1 雷擊閃絡。

主要表現為絕緣子清掃周期過長，周圍環境污染嚴重，使絕緣子表面形成導電層而放電擊穿。

4.2.2 外物侵限。

鐵路旁的樹木、建筑物受到自然因素的影響，導致對接觸網(含供電線)的安全距離變小，甚至接觸到接觸網上，接觸網會發生放電現象，或者大風天氣時異物侵入設備限界，經常造成接觸網發生跳閘，另外鳥類打窩用的樹枝或者金屬物質以及動物本身也會導致接觸網發生放電或短路故障。

4.2.3 絕緣距離不足。

接觸網帶電部分由于受溫度變化使其空間幾何位置發生變化，當對接地體的距離變小并小于全距離時即發生對地放電故障。

4.2.4 絕緣子的絕緣強度不足。

一些特殊的地方，外界環境影響較大，比如化工污染，霧霾的影響，也會導致絕緣子發生放電擊穿現象。

4.3 減少絕緣故障的措施

4.3.1 加強對絕緣的清掃工作，對部分污染嚴重的區段人為縮短清掃周期。

4.3.2 對環境惡劣區段更換為抗污性能強的硅橡膠絕緣子。

4.3.3 對接觸網線索的調整要考慮其溫度變化的影響，保證在溫度變化時帶電部分距接地體保持足夠的安全距離。

4.3.4 對鐵路附近可能影響接觸網供電安全的危樹、建筑物及時做好防護措施，保證在外界狀態影響下，對接觸網能保證足夠的安全距離。

4.3.5 加強對上跨建筑物上積雪的清掃工作和鋼柱、橫梁上鳥巢的清理工作，防患于未然。

5.結論

接觸網是鐵路牽引供電系統的重要設備，接觸網故障將導致供電中斷，影響行車可靠性。本文通過對接觸網故障進行統計分析，得到接觸網故障的主要特點為：弓網障礙、絕緣故障、以及其他原因。

弓網障礙的統計結果表明，零部件質量原因是造成弓網關系異常的主要原因。絕緣故障中絕緣子閃絡是造成接觸網絕緣故障的一個主要原因。此外，造成接觸網絕緣故障的原因包括異物侵限、樹木侵限和鳥害。在站場，貨物裝卸造成絕緣子污穢也是引發絕緣閃絡的一個重要原因。

根據以上結果果，要預防和減少接觸網故障，需要從減少弓網障礙和絕緣故障入手，加強零部件的質量監控關，加強日常的維修管理，保證接觸網處于良好的運行狀態。

[1]吳積欽．受電弓——接觸網系統電接觸特性研究[D].西南交通大學 2009.

[2]于成聚．高速電氣化鐵道接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

[3]梅桂明．受電弓——接觸網系統動力學研究[D].西南交通大學 2011.