鐵路接觸網運行狀態的影響因素與管控措施

中國鐵路南昌局集團有限公司供電處 袁建江

引言

根據中國鐵路總公司2017年統計數據顯示：“國家鐵路旅客發送量完成30.38億人，比上年增加2.65億人，增長9.6%；國家鐵路貨運總發送量完成29.19億噸，比上年增加2.67億噸，增長10.1%；全國鐵路固定資產投資完成8010億元。全國鐵路營業里程達到12.7萬公里，比上年增長2.4%。全國鐵路路網密度132.2公里/萬平方公里，比上年增加3.0公里/萬平方公里。電氣化里程8.7萬公里，比上年增長7.8%，電化率68.2%，比上年提高3.4個百分點。全國鐵路機車擁有量為2.1萬臺，比上年減少372臺，其中，電力機車占59.5%，比上年提高1.4個百分點?！?/p>

由此數據可見：我國鐵路網承擔著十分繁重的運輸任務，且關系著全國經濟和社會發展進程，而在當今低碳環保、節能減排的理念下，建設電氣化的鐵路線路，成為以大趨勢，這就意味著如何保障電氣化鐵路線路的正常運行，成為鐵路運輸部門的重要任務，因此必須著眼于微小環節，逐層逐級探究電力機車及線路的工作常態，以全局觀為核心，全面優化電力鐵路運輸網絡的管理與控制措施。鐵路接觸網作為鐵路網線上的重要部件，使用頻率高，結構相對脆弱，更應當被提升到首要位置。

1.鐵路接觸網功能與組成

接觸網是鐵路沿線上方架設的電力線路，其主要的功能是向受電弓提供電流，以此為運行中的電力機車提供電能。而接觸網一旦運行不良，可能導致機車運行受阻、異常運行或者直接停電，嚴重時引發事故。接觸網一般采用“之”字型架設，主要由以下五個部分組成：

（1）基礎與支柱

支柱與基礎用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將接觸懸掛固定在規定的位置和高度上，一般為采用預應力鋼筋混凝土支柱和鋼柱。

（2）接觸懸掛

接觸懸掛有兩種形式，即簡單接觸懸掛與鏈型懸掛。

1）簡單懸掛

簡單懸掛是指使用單獨一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。目前國內使用的帶補償裝置的彈性簡單懸掛系在接觸線下錨處裝設了張力補償裝置，以調節張力和弛度的變化①。

2）鏈型懸掛

鏈形懸掛的接觸線是通過吊弦懸掛在承力索上。承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點，利用調整吊弦長度，使接觸線在整個跨距內對軌面的距離保持一致②。

（3）支持裝置。包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設備。

（4）定位裝置。定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運行軌跡范圍內，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱。

2.鐵路接觸網運行風險

2.1 弓網故障

常見的弓網故障現象有接觸網參數變化、接觸網旋梭或零部件脫落、接觸網零部件變形或脫落等。造成弓網故障的原因有許多，比較常見的有以下幾種。造成接觸網部件變形或零部件脫落，通常是由于在長期的使用過程中的振動疲勞，或是施工不當造成零部件受損，進而導致接觸網的部件變形或是脫落。接觸網設計或施工不合理導致接觸網的結構不科學，也容易使接觸網在后續的使用過程中出現故障。此外，也不排除產品自身質量有問題，或是極端天氣導致弓網故障等。

圖1 定位管斜拉線松弛下垂

圖2 分相絕緣器吊線脫落

2.2 聯接故障

接觸網是機電合一的一種特殊供電設備，因此在使用過程中往往會出現電氣聯接方面的故障。聯接故障比較少見，但是一旦出現聯接故障，通常會產生較為嚴重的影響。聯接故障通常由以下原因導致。近年來我國鐵路運輸迅猛發展，當前鐵路運輸所需的牽引運能已經超出了接觸網建成時所能承受的持續載流量，因此發生聯接故障。接觸網主導電回路由多個部分組成，每一個部分之間需要使用各種線夾來進行聯接，以此來延伸回路至整個鐵路，主導電回路的某一部分出現缺陷時，可能導致局部過載，從而導致接觸網故障。此外，接觸網聯接故障的施工時沒有按照相關標準嚴格執行，使接觸網安裝完成后存在線夾不規范、電連接器的結線不合理等安全隱患，也會導致聯接故障，甚至影響后續的檢修工作，如圖3。

圖3 瓷質插銷保險熔斷（左一）

2.3 絕緣故障

對于包含接觸網在內的每一項高壓供電設備而言，絕緣技術都是至關重要的。接觸網由于需要給列車供電，因此懸掛高度較低，各種影響因素較多，絕緣難度較大，因此在接觸網故障中，絕緣方面的故障最為常見。常見的絕緣故障原因有以下幾種。首先是絕緣子被污染，絕緣子需要定期清掃，一旦清掃周期過長，則會出現絕緣子表面受到過多污染，而污染物中往往存在許多導電介質，使得絕緣子被放電擊穿。然而由于接觸網架設的環境復雜，即使清掃周期合理，由于特殊環境的影響，絕緣子容易被一些易導電的特殊污染物覆蓋，這種情況下即使污染物不多也容易使絕緣子被放電擊穿，如圖4。

圖4 絕緣子污閃

2.4 通電故障

①開關設備功能不能實現，造成送電不成功，開關耦合失敗致使線路斷電，遠程檢查可能上報正常數據，系統不能完整運行，如圖5。②異物侵入送電線路，形成隔離點或短接點，導致線路異常，輕微的影響供電穩定，進而造成局部溫度過高，或是改變了送電線路的固有屬性，造成跳閘斷電，最終導致局部設備燒壞，且小異物侵入微小設備中，較難被發現，如圖6。③大型異物和外力對線路的直接損壞，如交通事故、強風伴隨大體積異物，直接從外部破壞性的損壞了線路設備，譬如基礎損壞，上跨路橋墜物砸壞線路設備，造成線路不能正常送電，甚至異常放電衍生危害性較強，如圖7。

圖5 隔離開關檢修無故障記錄

圖6 異物侵入（白色垃圾）

圖7 樹木傾軋

3.影響鐵路接觸網運行狀態的因素

3.1 技術因素

我國自1961年建成第一條電氣化鐵路以來，積累了大量的經驗和技術，目前已經有了專門數字化和智能化技術，以及設備生產和安裝維護技術，但整體而言，當前電氣化鐵路的建設日漸增多，使用頻率加劇，且設備生產廠家不在少數，這就導致了在施工建設和日常維護管理時，需要使用到諸多不同的技術種類。譬如不同的廠家生產的設備性能客觀存在一定的差異，而不同設備之間的匹配度不盡相同，使用壽命、工作時長、維護需求不同，導致整個接觸網在建設和運行期間，產生的各種校對、檢查工作繁重，加之技術種類過多，增大了建設與運行管理的難度。例如當前的自動控制、安全監控、信息采集等環節，如何做到精確、準時、及時都是一大難題，尤其是數字化和信息化技術在適用過程中需要依靠不同的設備、傳輸平臺、程序等，難以做到綜合兼容，因而導致一些管理策略或者是風險識別存在誤差。

3.2 人力因素

從以往的鐵路接觸網故障案例中不難發現，一些既有的問題總是得不到很理想的防止，原因在于接觸網的建設、運行管控等環節，需要依靠人力來完成，負責人或執行人主觀上存在失誤有可能催生各種風險，這就是人力因素的影響。換而言之，從事鐵路接觸網自建設到使用期間的每一個人，其主觀行為都有可能成為阻滯接觸網正常運行的風險源。一方面，相關人員的意識不到位，忽略或忽視了細節上和外部環境對接觸網的不利影響，例如天氣、溫濕度等造成接觸網設備的物理變化，包括大風、閃電、暴雨、高溫等對接觸網有直接的刺激，至發現故障時已然為時過晚；另一方面，個人在從事鐵路接觸網相關工作時，缺少相應的經驗來判斷風險，應急處理能力也相對較差，因此不能有效控制風險的發生和擴散。

3.3 外部因素

①天氣因素。由于極端天氣對接觸網的壽命和結構等產生不利影響，例如：大風天氣懸掛設備受風力搖晃，局部鏈接松動，線路不穩定或脫落；日照高溫加劇設備溫度負荷，加速設備老化進程或者是改變設備的運行屬性；霜凍雨雪天氣設備表面附加霜、積雪增加設備自重或改變設備導電性。②周邊環境，例如接觸網區域附近堆積有易燃物，容易誘發火災，有沙土、輕質量的垃圾等，容易使設備沾染異物。③其他因素，如鐵路線上部路橋施工、周邊施工、部分生物遷徙和活動等，屬不易防范和預見的因素。

4.鐵路接觸網運行狀態的具體管理與控制措施

4.1 擬定管控原則

以《普速鐵路接觸網運行維修規則》《高速鐵路接觸網運行維修規則》為基本依據，嚴格執行運行維修與檢測等標準。以確保鐵路正常運行、安全運輸為原則。做到有原則的管理和控制。樹立起科學管理、高效管理、安全管理、成本管理的意識，例如適時組織學習相應的規章制度和標準，并對所有人員進行考核和評定，確保人員專業能力和職業道德、工作積極性等達到相應標準，評定合格，否則需加強學習。

4.2 強化外部防控

接觸網由于是露天架設，高度較低，因此極易受到外部因素的影響。從以往的經驗來看，接觸網故障的現象大部分是由外部因素影響造成的，由此可見，加強接觸網的外部防控，提高接觸網抵抗外部因素的能力能夠有效地降低其故障的出現數量。外部影響因素可以分為兩個方面：一方面是天氣因素，即風、雨、雪、雷電等，天氣因素造成的故障常見的為接觸網支柱傾倒、絕緣失效、線路冰凍、零部件銹蝕脫落等；另一方面則是環境因素，如異物、樹木、空氣污染、鳥類等，各種環境因素則會共同對接觸網產生影響，進而增加故障概率。

①風害預防

首先可以減小接觸網的結構高度，增設腕臂支撐、增加防風線或是定位管。其次接觸網的零部件的鉤環連接可以使用軸銷進行連接。在山口、谷口及橋梁等風口地形內架設接觸網時，跨距應當適當縮小5至10米。

②雷擊預防

在一些特殊環境下架設接觸網時，如隧道群兩端要設置避雷器，高架橋、高路堤等地段要增設氧化鋅避雷器，設置的避雷器應當具備有脫離器及漏電檢測的功能，避雷器的絕緣外套應盡量使用復合絕緣子。避雷器設置時一定要確保接地裝置可靠接地。

③雨水預防

首先在施工時，支柱埋藏深度要嚴格按照標準，傾斜方向及傾斜率要符合規范，橫臥板與底板要按照設計標準進行設置。其次，在填方區段的支柱外側與路基邊坡之間的距離小于0.5米時，應當培土，培土的坡度與原路基相同，且支柱的設置位置要盡量處于排水通道之外。當接觸網上方有跨線構筑物漏水的情況時，要對漏水情況進行引流或是封堵。

④冰凍預防

鐵路的橋梁、隧道、站房等上跨建筑往往會出現漏水現象，在冬季時由于氣溫過低，這些漏水現象極易導致接觸網結冰產生故障，因此要對這些上跨建筑的漏水點進行排查，采取引流、封堵等措施。

⑤銹蝕預防

本文以供電公司電力生產管理信息系統、用電信息采集系統應用為基礎，結合大數據、人工智能等新技術應用，發掘配網異動事件發生規律，以重過載、低電壓事件預警為突破口，創新配網異動精準預警工作機制，改進運維檢修工作方法，實現提前主動檢修，助力供電企業電網生產運維管理水平不斷提升。

接觸網的零部件應當選用符合相關規定的產品，在潮濕地區架設接觸網要提高部件的防腐標準，接觸網的螺栓要進行涂油防護。承力索、接觸線及承力索要優先采用銅合金材質。金屬支柱的根部周圍要保持清潔，必須保證排水通暢。金屬支柱要選用熱侵鍍鋅工藝的材質，根據當地情況定期進行防腐維護工作。

4.3 落實內部建設

①區分項目落實責任，按照區段劃分項目區域，由領導、工作員共同負責日常管理，并落實責任制度，建立以風險發生率、故障排查率等量化評價體系，對項目績效進行評定，評測結果納入績效考核范疇。②建立檢修與維護計劃，根據接觸網設備的生命周期建立檢修與維護時間，按時間進行常規檢查，同時針對惡劣天氣和突變情況的，如節假日制定特別維護計劃，明確規定維護項目和規程。③實行班組相互監督制度和績效競爭制度，調動工作組的積極性，提高維護效率。

4.4 完善資源配置

在數字化背景下，增添新式的設備及相應的程序進行監控與管理，如自動報警、數值分析、模擬分析、故障排查、自動補救、應急處理等，減少人工管理的失誤，且減少日常工作強度，但需要進一步強化一體化設計，盡可能實現一站式管理，便于快速定位風險點，排除隱患。還應當根據接觸網的特點和地區特點，加強防護措施，例如警示標志、隔離設施、防撞防震設施等，以既有的案例為藍本，尋求新的高效防護措施。此外，為了配合日常檢修維護等工作，應在擬定風險高發區域增加應急執勤站，包括監控站、數據采集站、工具存放點等，以綜合性站點替代單一功能性站點，提高整個運營維護系統的效率。

5.需要注意的問題

在完善鐵路接觸網管控措施之余，需要考慮幾個重要問題：

第一，如何做到風險的預警和預防，在施工、安裝和檢修等實際操作環節，可以依靠相應的設備、軟件和一系列的推演程序等，對鐵路接觸網系統進行評價和預估，建立在相應材料和部件固有數值上的數據對比有助于直接判定風險發生的可能性大小，而對于外部自然條件引起的風險，諸如風力、溫濕度等風險源，應當能夠借助先進技術進一步加強預判和防范。第二，參與施工、檢修、養護和管理的人員，雖然專業素質可以通過學習和培養來提高，但是如何保障個人精神狀態和職業道德修養仍舊難以突破傳統的辦法，需要考慮繼落實責任和獎懲方案之余的其他辦法，諸如文化熏陶、工作生活環境的改善、心理評價與輔導等辦法。第三，在實際效果與實施成本之間謀求平衡點，貫徹落實“高效率、低成本”的理念，努力避免因側重點偏頗而導致的其他問題。

6.總結

鐵路接觸網的運行狀態，受到鐵路接觸網質量與結構完整性的影響較大，歸根究底是因為元件、施工、檢修、自然條件等各方面原因導致的各種故障，因此全面分析得出，要想保障鐵路接觸網的運行狀態處于良性，就應當對接觸網自建設到使用進行全過程的管理與控制，確保細微末節少滋生或不滋生更多的隱患，做到防患于未然。

注釋：

①毋文霞,侯波.高速鐵路接觸網供電方式探討[J].甘肅科技,2008(13).

②郭春霞.現代有軌電車供電接觸網系統研究與零件設計[J].電氣化鐵道,2014(03).

參考文

[1]陳根柱.接觸網零部件運行穩定性分析研究[J].上海鐵道科技,2015(02).

[2]安娜,吳積欽,仇龍剛.高速電氣化鐵路接觸網防雷問題的探討[J].科技創新與應用,2014(16).

[3]林裕華.高速鐵路接觸網零部件的重要度分析[J].電氣化鐵道,2011(02).

[4]郭剛.電氣化鐵路接觸網運行安全管理[J].科技創新與應用,2015(26).

[5]董建輝.普速接觸網安全運營管理淺析[J].現代工業經濟和信息化,2016(09).

[6]李德勝.接觸網系統對高速鐵路行車安全的影響[J].中國鐵路,2011(02).

[7]迮繼亮,邢西沙,曹兵,王桂軒.淺析電氣化鐵路弓網故障發生的原因及預防[J].科技視界,2015(11).

[8]李紀虎.接觸網外部安全風險分析及防控措施[J].價值工程,2016(09).