電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障原因及其防護(hù)措施分析

魏光華

（中國鐵道科學(xué)研究院研究生部，北京100081；中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司武漢供電段，湖北 武漢430021）

1 電氣化鐵路接觸網(wǎng)主要故障原因分析

1.1 弓網(wǎng)故障

在電氣化鐵路接觸網(wǎng)中，弓網(wǎng)負(fù)責(zé)持續(xù)向電力機(jī)車提供電能，以單邊供電、越區(qū)供電和雙區(qū)供電方式為主。其中，單邊供電是在各供電分區(qū)中以一端進(jìn)行牽引變電，快速獲取與提供電能。越區(qū)供電是在無法牽引變電的條件下而開展的供電工作，接入其他區(qū)域的牽引供電系統(tǒng)，向故障區(qū)域電力機(jī)車進(jìn)行供電。而雙區(qū)供電是從兩個(gè)分區(qū)同時(shí)進(jìn)行牽引供電，以此提高供電可靠性，在出現(xiàn)一端牽引變電故障問題時(shí)，不會(huì)中斷供電作業(yè)。

此外，弓網(wǎng)故障問題主要表現(xiàn)為接觸網(wǎng)參數(shù)異常變化或零部件脫落，從而導(dǎo)致供電不穩(wěn)，在問題嚴(yán)重時(shí)還將中斷牽引供電。而弓網(wǎng)故障的主要產(chǎn)生原因及具體表現(xiàn)形式為：①部件脫落。在接觸網(wǎng)運(yùn)行中，部分部件結(jié)構(gòu)受到自震與外部環(huán)境影響，偶爾出現(xiàn)動(dòng)蕩現(xiàn)象。隨著時(shí)間推移，逐漸出現(xiàn)零部件脫落現(xiàn)象，進(jìn)而影響到牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。②隨著科技水平的不斷提高以及鐵路列車平均行駛速度逐年提升，這在提高鐵路運(yùn)營效率的同時(shí)，使得弓網(wǎng)承受較大運(yùn)行壓力，動(dòng)態(tài)抬升量與導(dǎo)線磨損量均出現(xiàn)明顯提升，受到外部環(huán)境影響，螺栓等零件的脫落故障出現(xiàn)概率有所提高。同時(shí)，在受電弓運(yùn)行期間，錨段關(guān)節(jié)以及線岔等部位容易出現(xiàn)刮弓故障。③在弓網(wǎng)安裝質(zhì)量不佳時(shí)，在接觸網(wǎng)使用期間，有可能出現(xiàn)弓網(wǎng)故障與部件脫落問題，如螺栓等零部件安裝偏差過大。④在惡劣氣候下，有可能出現(xiàn)弓網(wǎng)故障。例如，在凍雨氣候下，弓網(wǎng)表面附著低溫雨水，由于溫度條件過于惡劣，容易出現(xiàn)跨越電力線斷線以及弓網(wǎng)放電故障。

1.2 絕緣故障

在電氣化鐵路接觸網(wǎng)中，絕緣裝置屬于高壓電裝置，絕緣性能優(yōu)劣與否，將直接影響到鐵路交通運(yùn)輸安全與接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，在絕緣裝置使用期間，受到外部環(huán)境與導(dǎo)電物體影響，絕緣裝置老化速度加快，偶爾出現(xiàn)擊穿絕緣和接觸體放電故障。

接觸網(wǎng)絕緣故障產(chǎn)生原因如下：①鐵路路段長度較長，在日常維護(hù)檢修工作開展中，受到人力資源與空間限制，無法高頻率組織開展絕緣裝置清掃作業(yè)，部分絕緣裝置表面長時(shí)間覆蓋導(dǎo)電物體與各類雜物。如此，在接觸網(wǎng)運(yùn)行期間，絕緣裝置持續(xù)受到電流侵蝕，易出現(xiàn)絕緣擊穿故障。②在電力列車駛過時(shí)，列車與接觸網(wǎng)將在一定時(shí)間內(nèi)保持摩擦狀態(tài)，并在接觸網(wǎng)表面產(chǎn)生沉積碳粉等物質(zhì)，這將提高絕緣擊穿故障的出現(xiàn)概率。③在暴風(fēng)等氣候條件下，由于風(fēng)力強(qiáng)度較大，導(dǎo)致鐵路接觸網(wǎng)周邊區(qū)域樹木傾斜倒塌，從而撞斷接觸網(wǎng)線索，造成絕緣裝置破損，從而出現(xiàn)漏放電故障。

1.3 電氣聯(lián)結(jié)故障

在電氣化鐵路工程中，接觸網(wǎng)作為機(jī)電合一的供電設(shè)備，在運(yùn)行期間，由于牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行波動(dòng)，隨著實(shí)際牽引運(yùn)能的持續(xù)增加以及接觸網(wǎng)設(shè)備老化程度的加快，容易產(chǎn)生電氣燒傷故障。同時(shí)，在出現(xiàn)電氣燒傷等電氣聯(lián)結(jié)故障時(shí)，不但會(huì)影響接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量與牽引供電效率，在問題嚴(yán)重時(shí)，還將使得電力列車運(yùn)行不穩(wěn)定，產(chǎn)生安全隱患。

2 電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障防護(hù)措施

2.1 接觸網(wǎng)質(zhì)量控制

當(dāng)前在部分電氣化鐵路工程中，由于接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，或是安裝質(zhì)量不佳，在長時(shí)間運(yùn)行中，受到外部環(huán)境、牽引供電系統(tǒng)波動(dòng)與自身老化磨損等因素影響，容易出現(xiàn)部件脫落、弓網(wǎng)放電、絕緣擊穿等故障。

因此，為預(yù)防和減少接觸網(wǎng)故障問題的出現(xiàn)，在電氣化鐵路工程正式投運(yùn)前，工作人員必須對接觸網(wǎng)安裝質(zhì)量進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決所存在的質(zhì)量問題。首先，對零部件規(guī)格尺寸與安裝位置進(jìn)行檢測，校正部件結(jié)構(gòu)偏移位置，更換正確規(guī)格尺寸與外觀結(jié)構(gòu)完好的全新部件。其次，對接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行論證，基于論證結(jié)果調(diào)整接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如在接觸網(wǎng)曲線半徑過小，且設(shè)置四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)，應(yīng)預(yù)留適當(dāng)余量，確保接觸網(wǎng)穩(wěn)定處于受電弓滑板工作范圍以內(nèi)。最后，對接觸網(wǎng)開展調(diào)試運(yùn)行試驗(yàn)，檢查接觸網(wǎng)在不同條件下的運(yùn)行工況。

2.2 加大接觸網(wǎng)日常檢修力度

電氣化鐵路接觸網(wǎng)頻繁出現(xiàn)絕緣擊穿與弓網(wǎng)放電等運(yùn)行故障的主要原因之一為：接觸網(wǎng)日常檢修維護(hù)工作力度較小，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障問題，從而導(dǎo)致故障嚴(yán)重程度提升，嚴(yán)重威脅鐵路交通運(yùn)輸安全。

因此，需要采取以下措施，以提高日常檢修維護(hù)工作效率，加大工作開展力度：①重點(diǎn)解決歷史遺留問題。對原有資料數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理分析，了解并解決所存在的質(zhì)量隱患，如更換老舊破損設(shè)備，加大對故障高發(fā)區(qū)域的維護(hù)檢修工作力度，完善檢修維護(hù)工作體系。②在出現(xiàn)各類接觸網(wǎng)運(yùn)行故障前，會(huì)顯露出較為明顯的前期征兆，如拉出值異常提升。因此，需要采取狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，在電氣化鐵路接觸網(wǎng)中設(shè)置若干數(shù)量監(jiān)測點(diǎn)，在監(jiān)測到異常參數(shù)時(shí)，組織人員前往異常點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)檢修，提前預(yù)防或及時(shí)處理接觸網(wǎng)故障。③根據(jù)接觸網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，分析絕緣擊穿等故障問題的出現(xiàn)概率，合理設(shè)定線路清掃等工作的開展頻率，定期清除絕緣裝置、線索與螺栓墊片等部件表面附著的灰塵污漬與導(dǎo)電物體，并對松動(dòng)零部件進(jìn)行緊固處理，以消除故障隱患。同時(shí)，如果存在部件松動(dòng)現(xiàn)象，可選擇額外設(shè)置防松墊片（如圖1所示）。而在氣候條件較為復(fù)雜區(qū)域，提高螺栓等零部件的更換頻率。④對于容易出現(xiàn)非正常過流現(xiàn)象的承力索導(dǎo)線，需要額外設(shè)置穩(wěn)定電連接，確保電連接線夾設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 接觸網(wǎng)檢修

2.3 弓網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測

為預(yù)防弓網(wǎng)故障出現(xiàn)，應(yīng)依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息化技術(shù)，構(gòu)建弓網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，在弓網(wǎng)中設(shè)置若干數(shù)量傳感器裝置，傳感器持續(xù)向系統(tǒng)上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作人員對比監(jiān)測數(shù)據(jù)與額定值，即可準(zhǔn)確掌握弓網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)故障問題，快速鎖定故障點(diǎn)位與開展檢修工作。例如，在某電氣化鐵路工程中，弓網(wǎng)主要監(jiān)測項(xiàng)目包括接觸線高度、拉出值、振動(dòng)補(bǔ)償值、雙支接觸線高度差、雙支接觸線橫向距離。其中，拉出值測量范圍為±625 mm、分辨率為1 mm、最大允許誤差為±10 mm。

2.4 變壓器瓦斯保護(hù)

對日常維護(hù)檢修工作的開展以及對自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的搭建，雖然可以明顯降低接觸網(wǎng)運(yùn)行故障的出現(xiàn)概率，但卻無法徹底預(yù)防故障問題的出現(xiàn)。因此，為減小接觸網(wǎng)故障所造成損失程度，控制故障實(shí)際影響范圍，應(yīng)引入變壓器瓦斯保護(hù)機(jī)制，配置氣體繼電器以提供瓦斯保護(hù)，將其設(shè)置在變壓器油箱與油枕間隔區(qū)域的聯(lián)通管中。如此，在裝置監(jiān)測到變壓器頂蓋部位聚積氣泡時(shí)，將快速執(zhí)行瓦斯保護(hù)措施，以消除變壓器油箱外側(cè)套管與斷路器連接線故障。

3 結(jié)語

綜上所述，電氣化鐵路接觸網(wǎng)故障具有成因復(fù)雜與形式多樣的特征，工作人員需要深入了解接觸網(wǎng)故障問題的主要產(chǎn)生原因，綜合采取上述故障防護(hù)措施，重點(diǎn)開展接觸網(wǎng)日常維護(hù)檢修與狀態(tài)監(jiān)測工作，有效預(yù)防與及時(shí)解決接觸網(wǎng)故障問題，改善電氣化鐵路運(yùn)輸能力與接觸網(wǎng)工作質(zhì)量，推動(dòng)中國鐵路事業(yè)的健康發(fā)展。