基于電氣化的鐵路接觸網故障分析與防范研究

劉習文

（中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

眾所周知，隨著我國經濟的快速發展，鐵路運輸已經成為主要的形式之一。我國《鐵路“十三五”發展規劃》中指出，預計到2020 年底，我國高速鐵路里程將達到3 萬公里，其電氣化比例也均達到70%，這將進一步提升我國鐵路運輸能力，使總運營里程突破15 萬公里，基本完成對我國各區域的覆蓋，并構建起層次分明、安全高效的鐵路網絡。接觸網系統作為現代鐵路的關鍵組成，為動車組及電力機車提供著電能保障，其安全高效運行將事關全局，因此必須在接觸網故障分析與防范能力，為電氣化鐵路提供不間斷的能源支持，避免因接觸網故障而引發的運行問題，真正凸顯我國鐵路運輸網的規模優勢。

1 電氣化鐵路接觸網概述

所謂電氣化鐵路接觸網，主要是以電能作為運行能源，由接觸懸掛、支持裝置、支柱與基礎等部分構成。就其具體的結構而言，接觸懸掛又由接觸線、吊弦、承力索及連接部件構成，屬于機車的直接能源供給部分。

支持裝置則主要由定位裝置、腕壁等連接件構成，其在于懸吊及支持接觸懸掛，且發揮著負載傳遞的功能。支柱和基礎部分以鋼筋混凝土柱、基坑、鋼柱和基礎為主，接觸懸

掛和支持裝置的全部負載都將由該部分承受。根據鐵路自身的基本特點，接觸網的運行環境以露天為主，而受制于差異化的運行條件及環境，其在運行的過程中故障風險相對較高，一旦出現故障問題，將嚴重影響列車的正常運行。因此在接觸網的應用上，需要結合實際的使用環境及需求，對其各項性能指標要加強關注，以適應各類運行環境，確保接觸網發揮功能的同時，降低故障的產生率，達到提升效率和節約成本的目的。

2 鐵路接觸網故障的誘發因素

2.1 自然環境因素

基于其特殊的應用需求，鐵路接觸網需設置于露天環境之中，受自然環境及材料物理特性的影響，在實際的應用中存在著脆弱環節，如在面臨惡劣天氣時，其抵御能力相對較弱，在遭遇大霧、雷擊等天氣時，極易導致接觸網天窗部分被擊穿，從而中斷電力能源的供應，使機車陷入癱瘓狀態，甚至引發一系列的設備損害。而在面臨凍雨天氣時，還將引發電網凍結問題，出現接觸網弓網現象，加之地震、泥石流等各類地質災害影響，都會給接觸網造成嚴重迫害，給鐵路運行造成巨大損失。

2.2 接觸網材料因素

接觸網所涉及的故障中，因材料而引發的占據了一定比重，一方面是由于在材料質量控制上存在缺陷，使劣質材料被應用其中。另一方面則是由于材料技術及設計要求匹配問題，導致材料使用期限及性能受限，最終使接觸網故障率居高不下。由此對于材料的控制必須納入重要管理范疇，以避免此類問題的持續產生。

2.3 檢驗工作因素

檢驗是預防及排除潛在故障的重要方式，在接觸網的檢驗過程中，對于其機械受力強度評估不準確，同時對于各個節點的零部件檢查不細致，使日常檢驗工作效率及質量較低，無法及時的了解接觸網運行狀態。因此一旦接觸網零部件產生脫落問題，勢必影響其整個網絡的正常運行。除此之外，隨著列車運行密度的增加，進一步增加了接觸網維護壓力，其故障周期及故障率也持續增加。

2.4 電流影響因素

電氣化鐵路以電力能源為基礎，因此在接觸網的運行中，由于受到電流變化的影響，使其難以發揮出應有的效能，導致運行的穩定性及效率下降，一定程度上影響電力能源的輸送，一旦出現較大范圍的變化，勢必導致接觸網的部件故障。

3 電氣化鐵路接觸網故障類型

3.1 電氣連接故障

接觸網最核心的功能在于電力供應，屬于一種機電結合的設施，由此在實際的應用中易出現電氣故障。電氣燒傷是接觸網常見故障之一，同時也是影響較為嚴重的故障類型，該故障的產生大部分源于電氣設計，即牽引裕量與牽引運能變化之間的不適應性所致，尤其隨著新時期運輸需求的增加，極大的超出了以往的設計預期，從而導致電氣燒傷故障成為常態。

3.2 弓網故障

弓網屬于電能輸送的主要承載形式，其可以實現單邊供電、雙邊供電及越區供電等模式，而其在實際使用過程中，同樣面臨著一系列故障問題，主要源于兩個方面的影響。一方面，由于弓網長時期處于高負荷狀態，其各種零部件將產生不確定的形變，甚至發生脫落的現象，從而引發弓網故障問題。另一方面，伴隨我國鐵路動力的不斷攀升，給弓網的使用帶來了極大壓力，已經大大超出了零部件的使用預期，加之大幅提升的運行速度，給接觸網的整體運行均帶來負擔，其脆弱性也逐步凸顯。此外，在嚴峻的自然條件影響下，其弓網的故障率也顯著增加。

3.3 絕緣故障

接觸網依據其電力供應的屬性，其自身承載著電力高壓，相較于一般供電設施而言，接觸網需要更近的接觸距離，而這也導致其對于外因較為敏感，極易受到干擾和影響。由于接觸網長期暴露于復雜環境中，外部所產生的污染物質會逐步附著于絕緣子表面，最終形成大量導電物體，導致絕緣子被擊穿。并且在列車與接觸網接觸時，所產生的摩擦會產生積碳，如不加以及時處理，將大幅增加故障產生的概率。

3.4 支持裝置故障

定位管腐蝕、絕緣子破裂、腕臂彎曲均屬于支持裝置的故障，這些故障的產生將產生影響接觸網的運行。如腕臂彎曲的主要誘發原因是電弓故障或定位線夾失效，并逐步導致定位鉤斷裂或者變形。

4 電氣化鐵路接觸網故障的防范措施

4.1 強化接觸網質量管控

電氣化鐵路規模的大幅增加，促使著接觸網管理難度的提升，為有效保證鐵路的持續安全運行，必須要加強對故障源頭的把控，提升對接觸網的質量控制能力。在設計中應針對實際的運力需求進行分析，對跨距及拉出值加以科學判斷，以確保接觸網處于受電弓滑板的工作范圍，并預留一定的變化空間，避免意外問題的產生。另外，為規避各類細節問題所引發的故障，在實際的質量控制中應加強對線路設備及零部件的關注，嚴格控制材料的應用標準，使之能夠適用于高負荷的運行狀態。

4.2 注重日常檢修與維護

日常檢修與維護是接觸網故障預防的關鍵所在，通過一系列的檢修與維護手段，可以在一定程度上提升故障預防效果，使故障隱患得到早期排除，甚至可以解決施工遺留問題。因此，對于日常的檢修與維護的實施，必須要形成有效的管理機制，特別是將日常檢修與維護納入到管理監督范疇，全面提升日常維護的質量。同時，針對接觸網常見的故障問題，要注重實時分析與定期檢查相結合，對頻發、高發故障及路線進行全面維護，并深入分析故障原因，使故障隱患獲得全面排除。事實上，日常檢修與維護作為基礎性工作，無論是管理者還是操作者，均應當樹立強烈的責任意識，切實將管理深入到細微之處，確保各個環節緊密銜接，避免接觸網故障的頻繁發生，提升電氣化鐵路的穩定運行效率。

4.3 優化外部環境的管理

從接觸網的故障發生情況統計看，外部環境所引發的故障占據著極大比例，尤其是復雜環境下的接觸網，極易產生故障問題。據此，對于接觸網的防護與管理，應當切實依據實際情況加以優化。一方面，相關管理部門要對接觸網周邊環境進行巡查，對于可能引發接觸網故障的隱患進行排除，如對周邊的樹枝、雜草進行清理，并跨越林區的路段進行徹底整治，對特殊地區進行詳實的記錄，以確保其外部環境的高效運行。另一方面，對于接觸網本身也要加強管理，尤其是對設備污穢區實施絕緣清理，面對夏季的雷雨氣候，應對接觸網防雷裝置進行檢測，包括避雷器、接地保護設備等。而在冬季，則應做好建筑除冰等工作，及時發現設備故障隱患，避免引發更大范圍的故障。

5 結語

綜上所述，伴隨電氣化鐵路規模地增加，接觸網的維護需求也不斷提升，作為基礎的電力能源保障設備，加強接觸網故障分析與預防，將有效降低鐵路接觸網故障率，為電氣鐵路運輸提升可靠能源支撐。同時，在防范措施上也應從質量管控、日常維護及環境管理入手，實現管理效能的持續強化，從根源上解決故障問題，確保鐵路運輸的高效運行。