地鐵剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障應急方案優(yōu)化研究

彭章碩

（長沙市軌道交通集團有限公司，湖南長沙 410007）

接觸網(wǎng)是地鐵重要供電設備，是牽引變電所和地鐵列車之間傳輸電能的橋梁。柔性接觸網(wǎng)由于需要較大的安裝空間，一般不在地鐵隧道中使用[1]。剛性接觸網(wǎng)具有安全可靠性高，事故發(fā)生率低，零部件少，載流量大，維修工作量小等特點[2-4]，廣泛應用于地下隧道線路。因接觸網(wǎng)無冗余設計，一旦接觸網(wǎng)發(fā)生塌網(wǎng)故障，將造成整個供電分區(qū)失壓，列車將長時間迫停于區(qū)間，造成地鐵運營線路阻塞，存在因乘客恐慌造成人員傷亡的風險。當前對國鐵線路接觸網(wǎng)斷線研究相對較多[5-9]，對地鐵接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障的研究較少。創(chuàng)新優(yōu)化剛性接觸網(wǎng)故障搶修流程及行車組織，能有效提高故障發(fā)生后的處理效率，減小故障對地鐵安全運營的影響。

1 地鐵剛性接觸網(wǎng)簡介

地鐵剛性接觸網(wǎng)主要由接觸懸掛、支持定位裝置、絕緣部件以及架空地線等部分組成。接觸懸掛由匯流排、接觸線、伸縮部件、中心錨節(jié)等組成。接觸懸掛的支持和定位裝置通過絕緣子把鋁合金匯流排、接觸線等固定在隧道頂或隧道壁上。絕緣部件一般采用公稱泄露距離不小于250 mm的瓷質(zhì)絕緣子。匯流排的作用是夾持、固定接觸線，承載和傳輸電能。匯流排一般用鋁合金材料制成，分為“Π”型結構和“T”型結構2種，其長度一般制成10 m或12 m，匯流排通過接頭連接。典型剛性接觸網(wǎng)安裝示意圖如圖1所示。

圖1 典型剛性接觸網(wǎng)安裝示意圖（單位：mm）

2 地鐵剛性接觸網(wǎng)事故

2.1 國內(nèi)剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)案例

2012年9月8日某地鐵1號線某區(qū)間接觸網(wǎng)接觸線脫落，造成接觸網(wǎng)短路跳閘，導致列車上的113名乘客全部區(qū)間疏散，地鐵停運1 h 5 min。故障原因為隧道潮濕，接觸網(wǎng)可斷開裝置導電油脂不夠，產(chǎn)生電腐蝕，列車在行駛過程中振動，接觸線脫落，超出車輛限界，造成接觸網(wǎng)短路跳閘。

2021年4月3日，某地鐵2號線某區(qū)間（長約1.6 km，設有350～450 m的曲線半徑）的列車發(fā)生弓網(wǎng)故障，接觸網(wǎng)2X05供電分區(qū)失電，導致約50 m架空剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)，列車迫停，執(zhí)行了區(qū)間疏散。啟用小交路運營及公交接駁，該故障導致正線中斷行車6 h 24 min。

2.2 接觸網(wǎng)塌網(wǎng)原因分析

接觸網(wǎng)安裝在隧道頂部，工作環(huán)境惡劣，接觸網(wǎng)弛度、零部件的機械松緊度、設備的絕緣度、線索的載流能力、弓網(wǎng)關系均會隨著使用環(huán)境的變化而變化。通過對剛性接觸網(wǎng)組成及結構研究，分析出接觸網(wǎng)塌網(wǎng)原因[10-13]有以下3類。

（1）緊固件松動。化學錨栓與隧道土建機構脫落、絕緣子與定位線夾脫落、絕緣子與定位槽鋼脫落等造成接觸網(wǎng)塌網(wǎng)，主要是由于剛性懸掛的連接點基本都是使用螺紋連接，沒有設計緩沖功能，一旦受到來自受電弓的不斷撞擊就會產(chǎn)生巨大振動，進而導致接觸網(wǎng)脫落、塌網(wǎng)。

（2）接觸線與匯流排結合處脫槽。接觸線脫槽的因素是綜合性的，首先是安裝過程中出現(xiàn)了硬彎，導致匯流排鉗口處存在異物，然后在投入使用中經(jīng)常遇到隧道漏水的情況，慢慢形成的水垢膨脹，最后導致接觸線脫槽。

（3）弓網(wǎng)故障。剛性接觸網(wǎng)在發(fā)生弓網(wǎng)故障時，由于剛性結構錨栓的機械強度遠遠大于絕緣子的機械強度，故在發(fā)生弓網(wǎng)故障時往往是先破壞絕緣子，在拉力作用下化學錨栓變形，匯流排下沉。當沖擊力相當大時，根據(jù)受電弓的破壞力度，一般情況下會造成3～4個定位裝置脫落，導致受電弓損壞，接觸網(wǎng)塌網(wǎng)。

通過對接觸網(wǎng)故障原因分析，剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障長度為10～80 m的可能性較大。

3 優(yōu)化剛性接觸網(wǎng)故障應急方案

當正線剛性接觸網(wǎng)發(fā)生塌網(wǎng)事故后，地鐵運營公司對故障處理[14]遵循“先通后復”的原則，主流搶修方法是將受損的接觸網(wǎng)拆除，再重新安裝，該搶修方式的缺點是耗時較長，嚴重影響正線列車的運行，致使中斷行車時間延長。優(yōu)化方案從縮短故障處理時間著手，提高列車的運轉效率出發(fā)，對故障處理方法進行創(chuàng)新。具體實施方法是使用手扳葫蘆將故障接觸網(wǎng)拉起再固定或?qū)⒐收辖佑|網(wǎng)切除，再組織列車惰行通過故障區(qū)域，維持接觸網(wǎng)塌網(wǎng)區(qū)段不中斷列車運行，待運營結束后再組織接觸網(wǎng)恢復搶修。

3.1 搶修方案優(yōu)化前后對比

對比主流搶修方案和優(yōu)化后的2種不同的方案，如圖2所示。方案1：假設發(fā)生接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障，定位化學錨栓未脫落時，接觸網(wǎng)未斷裂，將侵限的接觸網(wǎng)利用手扳葫蘆拉起，再次固定到懸掛定位上，保證不侵入車輛限界；方案2：接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障造成接觸網(wǎng)斷裂，將故障變形的接觸網(wǎng)進行切除。

圖2 主流搶修方案和優(yōu)化方案對比

假設在運營過程中發(fā)現(xiàn)剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障，當接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障長度為25 m時，主流搶修方案故障處理總耗時預計為196 min。

根據(jù)接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障長度的不同，以及定位和固定絕緣子個數(shù)的不同，方案1故障演練具體搶修時間見表 1，處理完畢后經(jīng)判斷具備送電條件后即可送電，列車限速通過。

表1 方案1不同參數(shù)下故障演練具體搶修時間

根據(jù)接觸網(wǎng)受損長度的不同，處理的時長也不同，方案2故障演練具體搶修時間見表2，將該段接觸網(wǎng)拆除后經(jīng)判斷具備送電條件后電調(diào)送電，車輛在通過該區(qū)域時，必須降弓通過，否則會造成二次故障。

表2 方案2不同參數(shù)下故障演練具體搶修時間

3.2 主流方案和優(yōu)化后方案對比分析

國內(nèi)地鐵公司對剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障的主流處理方案存在故障處理耗時長，且對運營影響大的不足。根據(jù)故障發(fā)生的不同情形，創(chuàng)新優(yōu)化故障應急處理方案，得出如下結論。

（1）當故障長度小于30 m時采用方案1，故障處理時間更短。

（2）當故障長度超過30 m時采用方案2，故障處理時間更短。

（3）當定位化學錨栓脫落或匯流排斷裂后，只能采用方案2。經(jīng)方案2處理后，會有故障殘余設備，對出清時間有一定的影響。

（4）經(jīng)方案2處理后送電，接觸網(wǎng)為單邊供電，較方案1供電可靠性降低，且對行車組織要求更高。

4 模擬演練方案驗證分析

4.1 故障情景設置與分析

基于長沙地鐵4號線設備情況，根據(jù)研究搶修方法設置接觸網(wǎng)故障場景。

（1）故障場景1。接觸網(wǎng)2個定位絕緣子損壞后脫落、定位錨栓未脫落、接觸網(wǎng)下沉，超出了車輛限界，接觸網(wǎng)停電，故障范圍（25 m）如圖3所示。發(fā)生故障后電調(diào)停電并合上可視化接地刀閘，搶修人員到達現(xiàn)場后，使用方案1對故障處理，總耗時為26 min。

圖3 故障情景1

（2）故障場景2。接觸網(wǎng)連續(xù)2個以上定位絕緣子損壞，定位錨栓脫落、接觸網(wǎng)斷裂，接觸網(wǎng)停電，故障范圍（25 m）如圖4所示。發(fā)生故障后電調(diào)停電并合上可視化接地刀閘，搶修人員到達現(xiàn)場后，使用方案2對故障處理，總耗時為28 min。

圖4 故障情景2

4.2 故障搶修組織模式優(yōu)化

現(xiàn)有搶修組織模式在人員配備、駐點設置、梯車擺放等方面仍有進一步優(yōu)化的空間，故障搶修組織模式優(yōu)化對比如表3所示。

表3 搶修組織模式優(yōu)化對比

5 結論

目前，國內(nèi)地鐵應對接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障搶修方案基本為傳統(tǒng)做法，耗時較長（一般為3～6 h）且對運營秩序影響較大。本文對剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障應急方案的優(yōu)化研究突破傳統(tǒng)做法，大膽創(chuàng)新。

（1）對搶修所需工具進行創(chuàng)新。例如，研發(fā)剛性接觸網(wǎng)專用切割機、剛性接觸網(wǎng)臨時定位工裝。

（2）設定不同的接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障情景。對比傳統(tǒng)主流的搶修方案，根據(jù)分析選擇不同的優(yōu)化方案對故障現(xiàn)場進行搶修，同時，在現(xiàn)有的搶修組織模式上繼續(xù)優(yōu)化，多管齊下，可以大幅減少故障搶修的耗時，力求將剛性接觸網(wǎng)塌網(wǎng)故障應急處理整體時間縮短至1h內(nèi)甚至更短。