杭長高鐵接觸網運行動態問題分析及整改措施

王金輝 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

1 引言

1.1 研究背景

杭長高速鐵路，即滬昆高速鐵路杭長段，簡稱杭長高鐵，又名杭長客運專線，是一條連接浙江省杭州市與湖南省長沙市的高速鐵路，是《中長期鐵路網規劃》（2016年版）中“八縱八橫”高速鐵路主通道之一，與滬杭高速鐵路、長昆高速鐵路共同構成縱貫中國東西向的滬昆高速鐵路。

2014年12月10日，杭長高速鐵路杭長段正式開通運營，設計的最高速度為350 km/h。

自2014年截止至2021年1月已開通6年，臨近維規中進行精測精修的7年標準。但同向對比杭州供電的管內其他同年限線路，杭長高鐵設備故障及事故出現尤為多。

本次研究以中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段金華高鐵供電車間管轄范圍內的杭長高鐵（K177+256～K429+204）間接觸網設備的運行檢修工作為例，其供電方式為全并聯AT供電方式（江山存車線為直接供電方式）。

1.2 研究目的

本次調查研究主要是為了深化了解并加強設備源頭管理，掌握設備質量變化規律及情況，并據此開展針對性分析設備特征，達到提高日常工作檢修質量，提高檢修效率，提出解決方案，優化人員配置。

1.3 研究思路

工程質量、裝備質量的源頭控制，情況太多的問題。接觸網質量狀態的變化規律和趨勢。

核對設計圖紙，設計圖紙中的漏洞，對接觸網長期運行后產生的影響，總結介入期間的問題庫，總結缺陷出現頻率。

就6年來的問題進行倒推，從人的意識和管理上，設計盲區上，總結為什么會有這樣的設計錯誤，找出潛在規律。

2 理論基礎

2.1 杭長線路設計及背景調查

杭長客專設計單位為中鐵第四勘察設計院集團有限公司擔任。

杭長客專設計年度中，運行預測年度為近期2020年，遠期2030年，即設計滿足近期，且在維護情況下滿足遠期。

設計中，考慮路網開通，預測至2020年初步有金華-衢州147對列車對數，截止到2021年5月列車對數約135.5對。

杭長客專牽引供電系統采用AT供電方式。

2.2 杭長跳閘情況統計

2015年：接觸網雷擊斷線1次，受電弓故障1次（其他記錄缺失）。

2016年：電壓互感器故障1次；外單位重型機械經過護欄外通道，利用推土機擴寬通道，切斷電纜1次；雷擊9次。

2017年：異物1次，機車過負荷1次。

2018年：過負荷跳閘1次，機車故障導致放電引起接觸網跳閘1次，過負荷跳閘1次。

2019年：分相吊弦斷裂跳閘1次，過負荷跳閘1次。

2021年：定位器脫落跳閘2次。

2.3 杭長開通至今重要設備變化及開展的專項整治

（1）2015年管內所有綜合接地線、吸上線全面補完，裝設防盜螺栓。新建江山站存車線。

（2）2016年新增避雷線（在支柱上端加裝長約1.5 m肩架架設避雷線，形成保護半徑），拆除避雷器，更換避雷脫扣器。

（3）2017年管內分段整治、電纜路徑排查。

（4）2018年管內定位器不受力整治、線索交叉相磨專項整治、彈吊問題整治。

（5）2019年吊弦更換。

（6）2020年吊弦更換、附加導線交叉整治。

3 現狀與問題分析

3.1 現存突出問題分析

現在杭長主要的慣性故障、突出設備隱患體現在以下四點：

（1）附加導線動態風偏距離不足易引起接觸網跳閘故障

（2）接觸網線索交叉相磨安全隱患以引起接觸網斷線故障

（3）杭長高鐵吊弦易斷裂引起接觸網弓網、跳閘故障

（4）定位器不受力引起接觸網弓網、跳閘故障

我們對此進行問題一（附加導線動態風偏距離不足）進行分析。

①為了防雷PW線設置高于AF線，但在隔開或避雷器處AF線需要與引線連接，就此形成了PW線與引線交叉，可能因風擺導致間距不足放電跳閘，如圖1。

圖1 PW線與引線交叉

②降低PW線，避開PW線與隔離開關或避雷器引線的交叉，但是導致跨中PW線與AF線交叉，可能因風擺導致間距不足放電跳閘，如圖2。

圖2 PW線與AF線交叉

③附加導線在進站或經過上跨橋等情況是，需要轉為柱頂絕緣子，形成PW線與AF線上下交叉，但是此情況絕緣距離符合設計和標準，且交叉在支柱附近，隨風擺動量較少。因風擺跳閘可能性低，如圖3。

圖3 PW線與AF線上下交叉

④AF線PW線前后支柱對線下錨，形成PW線與AF線上下交叉，但是此情況絕緣距離符合設計和標準，但由于交叉在支柱附近，隨風擺動量較少。因風擺跳閘可能性低，如圖4。

圖4 AF線PW線前后支柱對線下錨交叉

問題二（接觸網線索交叉相磨安全隱患以引起接觸網斷線故障）進行分析：其主要原因為全補償彈性鏈型懸掛設計、定位管雙吊線亢余設計、承力索座定位鉤功能3種設計，導致定位管三角區域中，空間復雜且狹窄，若遇到曲線、關節或車站等復雜情況，就極易導致線索間距不足，甚至彈吊卡入定位鉤，如圖5。

圖5 關節處所線索交叉相磨安全隱患

問題三（杭長高鐵吊弦易斷裂引起接觸網弓網、跳閘故障）進行分析：

主要原因如下：

①從開通以來每年斷裂的數量統計來看，2016年至2021年吊弦斷裂數量呈現逐年增多的現象，截止到2021年5月底共計斷裂185根。

②從吊弦斷裂的分布位置統計來看，吊弦2斷裂78根，占比42.19%；吊弦3斷裂52根，占比28.13%；說明吊弦2和吊弦3更容易斷裂。

③從吊弦斷裂的結構分布統計來看，斷裂吊弦有126根位于中間柱處，占比68.1%；45根位于轉換柱處，占比24.32%，其他占比7.58%，說明轉換柱和中間柱處的吊弦易斷。

④從吊弦斷裂的部位統計來看，185根斷裂吊弦中有127根斷在吊弦下部壓接處，占比68.64%；141根斷在吊弦上部壓接處，占比22.16%；6根斷在吊弦下部載流環壓接處，占比8.64%；1根斷在吊弦中部，占比0.05%。由以上數據可以得出，99%的吊弦都在壓接處斷裂，可見吊弦壓接管處可能是導致吊弦折斷的一個因素。

⑤從吊弦斷裂所處直線、曲線段分析來看，直線和曲線的比例差異并不明顯，未有明顯規律。

⑥吊弦線在上線運行一段時間后鎂含量發生下降，低于標準規定的“高鎂銅中鎂含量為0.3%-0.5%”的情況，可能是造成吊弦斷裂的一個因素。

問題四（定位器不受力引起接觸網弓網、跳閘故障）進行分析，主要原因有以下幾點：

連續定位器布置，致使受力不佳導致整個定位器各部分磨損，特備是曲線處的定位器。

曲線、岔區、車站定位器安裝時，拉出值不標準受力不佳導致整個定位器各部分磨損。

近期我們又發現了一種定位器線夾的情況，他一般出現在定位器受力良好的情況下，出現的定位線夾磨損，如圖6、圖7。

圖6 磨損定位線夾照片

圖7 磨損銷釘照片

其磨損原因主要三點：定位器坡度與本支柱外軌超高不符合、定位器坡度超限，且隨線路運行情況，溫度線索伸縮變化，線夾端頭磨損，如圖8。

圖8 磨損原因分析

對以上四點突出問題分析結論：我們結合前文可以得出結論：（1）杭長初始設計中有較多的隱患存在，（2）隨著線路預測年度是2020年到來，關于動態包絡線附近的設備，定位裝置(定位器，線夾，支座定位管)分段，線岔，有交線岔存在批量，普遍性的設備磨損情況，但是仍能保證設備運行至遠期目標，但是總體呈現劣化趨勢，不能保證每年不發生影響行車的缺陷。

3.2 設計角度分析

我們根據問題庫以及突出設備缺陷，可以發現設計中突出的問題主要體現在：

定位處的連續正（反）定設計（錯誤）。

定位管雙吊線亢余設計（可行），但承力索座承擔定位鉤功能（錯誤），復雜關節車站部分設備仍吊線設計（錯誤）。

PW線防雷功能設計（大錯誤），錯誤1：防雷功能差，2、與AF線易形成交叉，風擺放電，3、導致后期加裝避雷線肩架易出現鳥巢。

吊弦線夾設計（錯誤），吊弦強度選材錯誤（未考慮定位管雙吊線情況下的大彈性）。

3.3 驗收及檢修質量分析

我們對驗收及運行7年來的問題總結，我們得知在驗收過程中，我們更加偏向于靜態數據以及紙面標準，但這在隨時間變長，驗收中的為涉及的部分將漸漸加劇設備部分問題，其驗收遺漏主要體現在以下部分：

設計圖紙與現場核驗工作部分缺失。設計本身缺漏現場經驗。

定位部分驗收缺少，定位拉力試驗。定位器坡度僅強調8-13°，未按照不同緩和曲線下的定位器最佳坡度進行驗收。

驗收職工業務素質不強，對設計缺陷本身敏感度不高。

補償部分的圈數驗收遺漏。

施工單位放線時平衡輪角度不重視，驗收二次損傷（平衡輪及錨固情況）。

各類螺栓螺母的材質未按照防銹要求進行。

車站內施工標準不高，設計中特殊點未能高警醒度驗收，如線岔與分段數據沖突，連續線岔處的標準和定位器受力情況。

分段絕緣器驗收執行不嚴，導致后期運行中反復調整。

3.4 未來設備變化預測

關于動態包絡線附近的設備，定位裝置(定位器，線夾，支座定位管)分段，線岔，有交線岔存在批量，將出現普遍性的設備磨損情況，但是仍能保證設備運行至遠期目標，但是總體呈現劣化趨勢。

磨損情況加劇根源，主要突出四類：會隨溫度變化的磨損設備如補償平衡輪、終端錨固線夾等；腕臂定位管等設備轉動磨損；過弓分段線岔等磨損；其他過弓時的線索波動導致的磨損如定位裝置。

并列分析已發生事故和缺陷情況，其問題原因，主要突出在設計錯誤、施工安裝工藝不良，曲線處所的定位器安裝細節(坡度未達到曲線處運行2030年的遠期完美程度導致受力不良)，站場分段標準、線岔標準沖突無針對的特殊性設計文件。

來自歷年問題庫發現，吸上線、避雷線、隔開等處所螺栓螺母銹蝕問題。

彈吊卡定位鉤等，線索相磨或距離較近問題。

來自問題庫的發現，隔開合閘噪音震動以及合閘質量不好，考慮隔開遠動以及隔開操作桿，各個螺栓隨著設計近期年度達到，以及線路震動，需要廠家人員指導進行一定精調。

杭長設計彈性均勻適合高速，但是彈性大，振幅大。考慮多股鉸結線索散股情況，對于材質較軟的電連接，電氣跳線，中錨繩等情況，考慮斷股情況。

再次就是支柱肩架部分零部件脫落，需要全線排查，還是因為接近設計近期2020目標，同時對比6C處理數量，零部件松動脫落缺陷時有發生。

復合絕緣子，出廠近8年，接近10年壽命年限，將逐步進行抽驗，安排更換工作。

4 調查后相關建議

為了保證設備質量，結合前文，提出以下幾點建議（按照重點排序）：

2021年為杭長運行的第7年，考慮應按照規定開展三級修精測精修，應提對設備總體排查，總結突出問題，降低平推檢修的任務安排，以便于三級修開展。

明確三級修工作任務，以及工作重點，隨2021年摸排，對除三級修以外工作進行安排。

對于定位裝置（定位器、定位管、定位環等部分），按照先曲線后直線、先車站后區間、先排查后檢修、先修大問題記錄小問題等原則，盡快掌握定位裝置整體情況。

車站分段絕緣器標準、磨損情況檢修；車站有/無交分線岔標準、磨損情況檢修。

補償部分平衡輪磨損檢查、終端錨固線夾抽驗檢查、中錨線夾力矩檢查。

利用2021年杭長開展杭維集中修人員充足背景下，將檢修工作以設備管理工區摸排問題為主。

檢修設備嚴格落實檢修分區執行，提高登桿組、順線路方向（彈吊線夾檢查等）以及腕臂B區的檢查工作。

PW線全線路降線與安裝避雷線工作同步進行，消弭附加導線線索交叉問題。

降低一線工區6C問題克缺比重，落實6C問題分級檢修。

因檢修質量和效果缺少監督與考核，設置除歸屬地工區外的，專職技術類人員，監督考核一線檢修工作，統一管理檢修記錄、運行檢修分析以及設備變化情況。以此將調度科、車間、技術科、工區等工作進行統籌，去除重復和多余環節，工區檢修相關工作與技術科直接對接。