高速鐵路牽引供電系統接觸網常見故障與對策研究

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一、引言

我國經濟水平的不斷發展,使得交通運輸設施不斷完善,其中鐵路運輸作為重要的交通方式發展尤為迅速。1975年我國第一條電氣化鐵路的建成運營,填補了我國電氣化鐵路的空白,經過40余年的發展我國鐵路的總里程突破了13萬公里,預計到2020年底,我國電氣化鐵路的占比將達到60%以上。因此,電氣化鐵路的發展與普及將成為鐵路運輸與建設的主體。在電氣化鐵路當中,接觸網是為鐵路供電的線路,同時也是受電弓的運行的載體。由于供電系統接觸網受到外部復雜的地理環境與氣候條件的影響,容易發生突發性故障。此外對于長期服役運行的接觸網,其與受電弓的接觸與摩擦容易發生設備自身的退化等失效故障。當供電系統接觸網發生故障時會給高鐵秩序產生影響,嚴重情況下會威脅到高速鐵路的安全運行。與普通的供電線路不同,高鐵接觸網主要存在以下兩個方面的特點。首先,接觸網沿著線路進行假設,其系統內包含機械、電氣等復雜部件,并且由于各個部件之間的材質、性能不同從而導致全生命周期與失效導致的后果存在差異。其次,接觸網是露天假設,直接與外界進行接觸,這使得外界環境因素對于接觸網的性能產生影響。高速鐵路的安全運行對供電系統接觸網的可靠性提出了更高的要求。因此,需要詳細分析供電系統接觸網常見的故障,并制定相應的維護策略,延長其使用壽命,保證其安全穩定運行。

二、供電系統接觸網定義與構成

接觸網是為電氣化的高速鐵路運行提供電能的線路。接觸網作為供電系統的重要組成部分,其運行的可靠性直接決定了高速鐵路運行的安全性與穩定性。接觸網由于其供電對象的特殊性,需要其保證在復雜條件下可靠運行。由于接觸網與受電弓在動態配合上的限制與要求,使得其在運行環境,工作負荷上與普通的電網有很大不同。從組成上來看,接觸網一般有支柱、懸掛、定位與支撐裝置構成。下面詳細介紹這幾個部分的作用。支柱主要負責接觸網的支撐,它要求支撐材料滿足設定的強度,并且材料具有良好的耐腐蝕性。懸掛是由接觸線、承力索以及其他的連接部件構成,主要負責將電能順暢地輸送到列車上,其需要具有良好的機電性能。定位裝置的主要作用是將受接觸網限定在受電弓獲取電能的位置處。

三、供電系統接觸網常見故障

供電系統接觸網常見的故障可以分為以下三類,第一類為系統結構尺寸與位置的故障;第二類為電氣系統方面的故障;第三類為絕緣相關的故障。下面將針對這三類故障的失效原因進行分為,從而為后續的維護策略提供依據。

(1)系統結構尺寸與位置故障。在電氣化列車的運行過程中,列車通過受電弓從接觸網中進行取電,具體的接觸網通過定位裝置將其限制在受電弓中,為受電弓進行供電。然而接觸的位置與收到支柱的結構尺寸與位置的影響,當支柱位置安裝存在較大偏差,則會導致受電弓與接觸網直接的配合異常,從而影響列車的供電。當發生系統結構尺寸與位置故障時容易導致受電弓發生刮弓等故障,此外還容易導致接觸網的變形、斷裂等。綜合來看造成此類故障的原因可以歸結為以下幾類。首先是施工過程當中,支柱的安裝位置存在較大誤差,不滿足施工質量要求。其次是接觸網系統中的零部件的松動或者是脫落造成受電弓與接觸網之間的定位不準確。再次是供電系統接觸網受到自然災害的影響使得其發生結構尺寸的改變與位置的偏移,從而造成具體的故障。

(2)電氣系統故障。電氣系統的性能直接影響到接觸網的供電性能,其常見的故障有線索的開裂或斷開設備線夾處的燒傷。造成這些故障的主要原因歸結為以下幾類。首先是在電氣系統的施工過程中未能嚴格按照要求安裝電線連接夾,導致其長期運行過程中出現松動。此外不同的帶電懸掛之間存在接觸的不穩定容易產生電位差,從而產生電弧燒傷設備線夾。

(3)絕緣類相關故障。接觸網的供電方式要求對地的絕緣要求較高,由于供電系統接觸網距離地面較近容易發生絕緣類的故障。其常見故障有接觸網對地放電,絕緣子閃絡等。導致這些故障的原因可以歸結為以下幾類,首先是供電系統接觸網附近可能存在建筑物、樹木、鳥巢等導電體從而引發短路。此外,供電系統周圍的環境可能存在污染,并且長期未打掃,導致環境中存在大量的導電介質,容易引發短路。

四、供電系統接觸網維護策略

針對以上供電系統接觸網的故障擬采取以下維護策略來提高接觸網的可靠性與穩定性。

(1)加強施工質量管理,為了避免出現結構尺寸以及位置類的故障。在設計與安裝初期應當加強質量管理,提高風險意識,從源頭上降低出現故障的幾率。

(2)定期對供電系統接觸網以及周圍的運行環境進行檢查,對于存在的隱患問題及時進行反饋并制定科學合理的策略進行隱患的消除。

(3)通過接觸的運行電流或者外部加裝傳感器等措施實時監測其運行狀態以及周圍環境的狀態,從而能夠及時發現故障,并根據大數據建模技術提前預測其故障發生的時間從而做好預測性維護。

五、總結

電氣化高速列車是我國客運系統的重要組成部分,并且隨著科技水平的不斷提高,電氣化與智能化水平將不斷提高。電氣化列車供電系統復雜且運行環境多變,其接觸網的可靠性對于整個列車的安全運行直觀重要。對此,本文詳細分析了遷移供電系統接觸網的典型故障以及失效原因,并根據失效原因制定了相應的維護策略,從而提高供電系統以及列車運行的安全性與穩定性。