地鐵供電接觸網系統可靠性及主要故障分析

楊文旭

（西安市軌道交通集團有限公司運營分公司，陜西 西安 710016）

地鐵的穩定運行既能提供快捷、便利的出行交通方式也有助于社會經濟發展，應該保證其動力能源供應系統運行穩定，而在此過程中，接觸網發揮的作用很大，是重要的供電裝置。因此，需要對地鐵供電接觸網系統可靠性深入分析，明確系統運行期間存在的主要故障，并在掌握成因的基礎上，有針對性地制定故障解決措施，強化對接觸網系統的維護和管理。

1 地鐵供電接觸網系統概述

接觸網為沿鐵路線建設，通過滑動接觸、移動負荷方式為機車車輛供電的電力線路，在地鐵建設中，接觸網是牽引供電系統中最直接為電客車提供電能的系統，文章主要對地鐵供電系統中柔性接觸網及剛性接觸網進行表述和分析。

由于運行環境等因素的影響，地鐵供電接觸網在應用期間，存在的不足之處也比較多：①對于露天架空接觸網，如果遇到惡劣天氣，弓網事故出現概率便會增大。②電客車運行弓網關系極易被多方面因素干擾，包括慣性、空氣動力、受電弓抬升力等，最終出現弓網振動情況，嚴重干擾了接觸網的正常工作，一旦情況嚴重，弓網事故便會隨之而來。③接觸網設備均沒有備用，如果接觸網出現問題，不得不中斷車輛的運行，導致地鐵運行受到影響。

2 地鐵供電接觸網系統可靠性分析

在地鐵供電接觸網系統運行過程中，要想減少問題出現頻率，規避故障造成的經濟損失，需要結合具體問題，采取不同的方法對系統進行可靠性分析。

2.1 故障樹分析法

在分析地鐵供電接觸網系統可靠性過程中，可以選擇利用故障樹分析法。該方法在應用期間，首先要將地鐵供電接觸網系統看成是有多個元件和部分組成一個完整系統，其中各個部件的聯系密切。同時做好實地勘察和調研工作，收集與地鐵供電接觸網系統運行有關的數據信息，包括接觸網各部件出現故障的時間、頻率、故障造成的影響、故障的維修時間等，通過對數據信息的整理和分析，對故障發生概率精準計算。在計算可靠性過程中，要結合系統的具體運行狀態，科學建立故障樹模型，準確計算割集，并依照最小割集確定可靠性指標，最后將這一指標作為基礎，綜合分析地鐵供電接觸網系統可靠性，并以此為前提制定優化策略，保證系統能平穩運行。

2.2 懸掛支撐裝置受力分析法

在地鐵供電接觸網系統中，其中懸掛支撐裝置發揮的作用很大，但因為柔性懸掛腕臂、定位器等，剛性懸掛安裝底座、懸吊槽鋼等需要承受較大的作用力，所以在分析可靠性期間，要將重點放在受力情況上。通過有針對性地分析，因為應力原因而造成損壞的情況能得到針對性預測，接觸網在工作期間，懸掛支撐零部件出現狀態異常或失效的概率會降低，有利于系統運行穩定性的提升。

3 地鐵供電接觸網系統主要故障

在地鐵供電接觸網系統運行期間，故障問題主要包括以下內容：

3.1 剛性接觸網主要故障

在地鐵供電接觸網體系中，剛性接觸網相對柔性接觸網沒有太多零部件，且無張力，維護相對簡單，但長期運行零部件會出現松動問題，接觸線會出現嚴重磨損，影響了系統運行穩定性及安全。

（1）零部件松動。在定位點對底座槽鋼定位連接時，剛性接觸網應用的是T型螺栓，地鐵在運行一段時間后，因為運行振動等因素的影響，T型螺栓會被振動發生偏移，久而久之，最終松動脫落。剛性接觸網結構各連接零部件中，對螺栓的使用量很大，在這種情況下，會出現很多的連接節點，一旦地鐵處于運行狀態，弓網便會受到來自各方面力的沖擊，此時，絕緣子和匯流排之間會處于振動狀態，長時間振動致使螺栓因為松動而脫落，影響了系統正常運行的同時，還存在了很大的安全隱患。

（2）接觸線磨損嚴重。地鐵在實際行駛過程中，由于速度相對很快，因此線面很容易出現打火或者放電痕跡，加劇了電氣磨損。剛性接觸網的弓網壓力參數大，且剛性接觸網彈性較差，接觸線機械磨損的程度會愈發嚴重，阻礙了系統的高效運行，也為安全管理工作的有序實施帶來難度。一方面，錨段關節存在磨損現象，影響受電弓的正常過渡，潛在的安全隱患大。另一方面，針對部分比較特殊的區域，比如曲線區段磨損程度劇烈，再加上減振道床的應用，導致弓網問題越來越嚴重，甚至會對地鐵整體運行的安全性造成影響。

（3）中間接頭螺栓故障。在地鐵剛性懸掛結構中，因受電弓存在接觸壓力，在車輛運行情況下，接觸網受到的沖擊力比較大，懸掛系統在車輛運行期間長時間發生振動現象，加上地鐵運行環境特殊，電客車運行密度大，接觸網整體振動幅度數值便會發生變化（增大且持續時間長），從而出現接頭螺栓松動、脫落或滑牙問題，不僅影響了運行質量，也加大了安全問題發生的概率。

3.2 柔性接觸網主要故障

（1）空間結構尺寸故障。在對空間結構尺寸問題研究與判斷過程中，一般根據故障原因、接觸網狀態變化等因素進行研斷，故障時接觸網線索設備失效、基礎零件松動以及接觸網零件變形等情況比較嚴重。究其原因：主要是由于設計與施工中存在不合理的情況，接觸網結構設計工作不能嚴格根據規定與規范實施，另外在施工時接觸網構件如果沒有嚴格依照規范流程有序作業，將會出現損傷和變形等問題，會影響接觸網本身的結構以及設備參數，相關部門施工過程中工程質量不達標，對后期接觸網的性能、結構產生影響，像螺栓無法有效固定、接觸網結構參數超標等諸多問題出現。除此以外，因接觸網的外部運行環境造成空間結構尺寸絕緣距離不夠的情況，也會形成接觸網故障。

（2）電氣連接故障。地鐵在運行期間，電氣連接設備結構狀態不良，整體接觸網結構的運行質量必然會降低，像電連接線夾安裝狀態不良等，很可能出現電連接線夾松動甚至掉落的情況，若不能及時發現并處理，可能會導致刮弓等弓網故障，故障影響及故障處理工作難度大。另外，電氣連結設置不規范、接觸不良會影響接觸網的電氣導通性能，造成接觸網局部高溫甚至熔損、熔斷形成接觸網故障，地鐵在實際運行過程中，零部件燒傷問題比較常見，潛在的安全風險較高，必須加強重視，并制定好應對措施。

（3）絕緣設備故障。在地鐵供電接觸網系統運行過程中，絕緣設備作為其中關鍵的電氣設備，絕緣子絕緣強度沒有達到既定要求、運行環境比較惡劣等問題的存在，會對絕緣設備運行有效性產生很大影響，最終使得絕緣設備發生放電現象甚至出現絕緣設備被擊穿的情況，使得系統絕緣設備無法發揮出應有的作用而造成系統故障。為解決這類問題，應該采用嚴謹的態度進行絕緣設備選材、施工，并通過建立合理的維保機制來保障絕緣設備的良好狀態，避免絕緣設備相關故障，獲得最佳的運行結果。

4 地鐵供電接觸網系統故障的解決措施

為規避地鐵供電接觸網系統故障問題，首先要在設計環節避免故障問題出現的幾率，其次在運行過程中將接觸網系統運行實際情況作為依據，構建完善的監督和管理體系，并切實落實，合理檢測和診斷，定期做好維修和管理工作，除了能對系統的運行質量全面提升之外，同時也能預防減少故障問題。

4.1 剛性接觸網故障解決措施

針對剛性接觸網的結構及其運行特點，可以針對性的采取故障應對措施。因此，應該根據具體問題，合理制定處理措施，做好故障預防，同時及時發出異常預兆，第一時間組織人員，短時間內開展診斷檢修工作，提高故障處理有效性，確保能達到系統全面優化的目標。

在解決零部件松動、脫落以及中間接頭螺栓故障問題的過程中，可以構建并做好周期性的檢查維保機制，通過定期維護工作能及時發現零部件及接頭螺栓松動、脫落等問題，并采取相應措施，避免問題進一步惡化。同時根據剛性接觸網設備運行經驗控制好維修的次數，比如接觸網結構形式以螺栓連接固定的形式為主，如果維護頻率過大，也會對設備工作質量造成不利影響，像螺栓松緊的頻率過高會造成螺栓滑牙等情況，另外需要考慮維保中人工出錯的幾率，所以在接觸網設備維保工作實施的過程中，要考慮地鐵接觸網設備運行頻率、強度的問題，技術部門要根據實際情況，制定靈活性強且效果良好的設備維保機制及故障管理機制，通過制度的有效落實，整個剛性接觸網各部件因振動產生的問題能得到改善，故障問題也能進一步避免。

針對接觸線磨損問題，首先要控制好接觸網的設計環節，提升減振床道和曲線線路設計的規范性和合理性，在設計階段要做好各項參數的計算，防止后續運行過程出現嚴重的安全隱患，為地鐵供電接觸網系統運行穩定性奠定基礎。在地鐵供電接觸網系統運行期間，明確維護標準，對維保操作流程合理設定，編制好相應的維護規范，有針對性地制定維保辦法，以便可以為系統的穩定運行提供支持，降低異常磨耗問題出現的幾率。為減少問題的發生，還要掌握系統運行規律，嚴格依照運行規律加強維護和管理，做好系統檢查工作，一旦出現異常情況，必須要第一時間處理，以便可以從根源規避故障問題。

在故障處理期間，深層次剖析地鐵供電接觸網系統故障以及機理，在整個系統中，需要將多種先進技術應用其中，對計算機、電子技術等高效利用，將硬件與軟件銜接在一起，加強對在線監測與智能故障診斷系統的構建，形成一套較為完善的故障處理體系，對設備工作狀態參數展開實時高效測量收集，將系統測得的數據信息輸入到計算機中，精準計算和處理，結果以數字量的形式輸出，并能形成邏輯分析，能讓信息的采集以及判斷更加高效，進而形成一個統一的整體，確保故障問題在全面解決的同時，系統運行效率也能提升。

4.2 柔性接觸網故障解決措施

在對柔性接觸網故障處理期間，需要結合具體問題，科學處理。

（1）規范解決空間結構尺寸故障。為有效解決空間結構尺寸方面的問題，要在施工驗收階段明確驗收標準的前提下，切實落實各項制度和規范，特別是在零部件安裝方面，驗收部門要準確測量和做好監督，避免零部件安裝不規范造成空間結構尺寸不符合標準，一旦施工完成后期處理相對都比較困難。同時在柔性接觸網日常運營維保中，要注意外部環境接地體對接觸網帶電體的空間距離，避免因外部環境原因造成空間尺寸不滿足要求從而形成接觸網故障。

（2）科學處理電氣連接故障。施工部門在地鐵建設期間，依據規范操作流程和標準開展各項工作，加大控制管理力度，確保施工質量，減少后期故障問題的發生。工程驗收時，要對項目內容嚴格驗收，若在驗收期間發現質量或者安全等問題，必須及時解決，當所有環節都合格之后方可投入使用。在接觸網運營期間，對電氣連接部位應加強維保檢查，針對重點部位，要強化監督和管理，結合運行情況制定管理辦法，比如隔離開關合閘刀頭接觸及電氣性能是否良好，通常檢測其合閘刀頭間隙是否符合要求、并測量隔離開關合閘刀頭回路電阻，測試其阻值是否符合要求，保證良好的電氣導通性能，避免設備發熱甚至熔毀。

（3）謹慎處理絕緣設備故障。在絕緣設備選材過程中，對材料的性能質量充分考慮，保證材料的防污能力能達到實際需求標準，為后續接觸網正常供電提供保障，同時保證接觸網絕緣距離參數的設置合理，讓供電設備始終處于安全的運行環境。在接觸網運營維保時，充分考慮電氣設備所在工作環境的清潔程度，依據實際情況制定合理的絕緣設備表面的清潔周期。在日常運行中保持接觸網周圍沒有影響其運行的異物等，比如鄰近架空金屬物、附近的林木草蔓等，為提高供電穩定性和安全性，要及時采伐附近的林木草蔓等。同時盡量減少強風、雷雨天氣對其的侵襲危害，如強風吹動異物短接絕緣設備、雷電流擊穿絕緣部件等，努力消除環境因素帶來的影響，才能讓整個系統得到優化，有效解決絕緣設備問題。

5 結語

綜合而言，深入分析地鐵供電接觸網系統可靠性，能為系統檢修方案的制定提供支持，也可以讓故障處理更加有針對性。當前，地鐵供電接觸網系統在地鐵運行中的作用非常重要，若想保證系統能穩定運行，需要針對現存故障，合理制定處理措施，并強化對相關技術的創新和優化，完善系統工作模式，確保可以為我國地鐵行業的不斷發展提供支持。