铁路接触网运行状态的影响因素与管控措施

2018-08-07中国铁路南昌局集团有限公司供电处袁建江

电子世界 2018年14期

中国铁路南昌局集团有限公司供电处袁建江

引言

根据中国铁路总公司2017年统计数据显示：“国家铁路旅客发送量完成30.38亿人，比上年增加2.65亿人，增长9.6%；国家铁路货运总发送量完成29.19亿吨，比上年增加2.67亿吨，增长10.1%；全国铁路固定资产投资完成8010亿元。全国铁路营业里程达到12.7万公里，比上年增长2.4%。全国铁路路网密度132.2公里/万平方公里，比上年增加3.0公里/万平方公里。电气化里程8.7万公里，比上年增长7.8%，电化率68.2%，比上年提高3.4个百分点。全国铁路机车拥有量为2.1万台，比上年减少372台，其中，电力机车占59.5%，比上年提高1.4个百分点。”

由此数据可见：我国铁路网承担着十分繁重的运输任务，且关系着全国经济和社会发展进程，而在当今低碳环保、节能减排的理念下，建设电气化的铁路线路，成为以大趋势，这就意味着如何保障电气化铁路线路的正常运行，成为铁路运输部门的重要任务，因此必须着眼于微小环节，逐层逐级探究电力机车及线路的工作常态，以全局观为核心，全面优化电力铁路运输网络的管理与控制措施。铁路接触网作为铁路网线上的重要部件，使用频率高，结构相对脆弱，更应当被提升到首要位置。

1.铁路接触网功能与组成

接触网是铁路沿线上方架设的电力线路，其主要的功能是向受电弓提供电流，以此为运行中的电力机车提供电能。而接触网一旦运行不良，可能导致机车运行受阻、异常运行或者直接停电，严重时引发事故。接触网一般采用“之”字型架设，主要由以下五个部分组成：

（1）基础与支柱

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上，一般为采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱。

（2）接触悬挂

接触悬挂有两种形式，即简单接触悬挂与链型悬挂。

1）简单悬挂

简单悬挂是指使用单独一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。目前国内使用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化①。

2）链型悬挂

链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致②。

（3）支持装置。包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

（4）定位装置。定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。

2.铁路接触网运行风险

2.1 弓网故障

常见的弓网故障现象有接触网参数变化、接触网旋梭或零部件脱落、接触网零部件变形或脱落等。造成弓网故障的原因有许多，比较常见的有以下几种。造成接触网部件变形或零部件脱落，通常是由于在长期的使用过程中的振动疲劳，或是施工不当造成零部件受损，进而导致接触网的部件变形或是脱落。接触网设计或施工不合理导致接触网的结构不科学，也容易使接触网在后续的使用过程中出现故障。此外，也不排除产品自身质量有问题，或是极端天气导致弓网故障等。

图1 定位管斜拉线松弛下垂

图2 分相绝缘器吊线脱落

2.2 联接故障

接触网是机电合一的一种特殊供电设备，因此在使用过程中往往会出现电气联接方面的故障。联接故障比较少见，但是一旦出现联接故障，通常会产生较为严重的影响。联接故障通常由以下原因导致。近年来我国铁路运输迅猛发展，当前铁路运输所需的牵引运能已经超出了接触网建成时所能承受的持续载流量，因此发生联接故障。接触网主导电回路由多个部分组成，每一个部分之间需要使用各种线夹来进行联接，以此来延伸回路至整个铁路，主导电回路的某一部分出现缺陷时，可能导致局部过载，从而导致接触网故障。此外，接触网联接故障的施工时没有按照相关标准严格执行，使接触网安装完成后存在线夹不规范、电连接器的结线不合理等安全隐患，也会导致联接故障，甚至影响后续的检修工作，如图3。

图3 瓷质插销保险熔断（左一）

2.3 绝缘故障

对于包含接触网在内的每一项高压供电设备而言，绝缘技术都是至关重要的。接触网由于需要给列车供电，因此悬挂高度较低，各种影响因素较多，绝缘难度较大，因此在接触网故障中，绝缘方面的故障最为常见。常见的绝缘故障原因有以下几种。首先是绝缘子被污染，绝缘子需要定期清扫，一旦清扫周期过长，则会出现绝缘子表面受到过多污染，而污染物中往往存在许多导电介质，使得绝缘子被放电击穿。然而由于接触网架设的环境复杂，即使清扫周期合理，由于特殊环境的影响，绝缘子容易被一些易导电的特殊污染物覆盖，这种情况下即使污染物不多也容易使绝缘子被放电击穿，如图4。

图4 绝缘子污闪

2.4 通电故障

①开关设备功能不能实现，造成送电不成功，开关耦合失败致使线路断电，远程检查可能上报正常数据，系统不能完整运行，如图5。②异物侵入送电线路，形成隔离点或短接点，导致线路异常，轻微的影响供电稳定，进而造成局部温度过高，或是改变了送电线路的固有属性，造成跳闸断电，最终导致局部设备烧坏，且小异物侵入微小设备中，较难被发现，如图6。③大型异物和外力对线路的直接损坏，如交通事故、强风伴随大体积异物，直接从外部破坏性的损坏了线路设备，譬如基础损坏，上跨路桥坠物砸坏线路设备，造成线路不能正常送电，甚至异常放电衍生危害性较强，如图7。

图5 隔离开关检修无故障记录

图6 异物侵入（白色垃圾）

图7 树木倾轧

3.影响铁路接触网运行状态的因素

3.1 技术因素

我国自1961年建成第一条电气化铁路以来，积累了大量的经验和技术，目前已经有了专门数字化和智能化技术，以及设备生产和安装维护技术，但整体而言，当前电气化铁路的建设日渐增多，使用频率加剧，且设备生产厂家不在少数，这就导致了在施工建设和日常维护管理时，需要使用到诸多不同的技术种类。譬如不同的厂家生产的设备性能客观存在一定的差异，而不同设备之间的匹配度不尽相同，使用寿命、工作时长、维护需求不同，导致整个接触网在建设和运行期间，产生的各种校对、检查工作繁重，加之技术种类过多，增大了建设与运行管理的难度。例如当前的自动控制、安全监控、信息采集等环节，如何做到精确、准时、及时都是一大难题，尤其是数字化和信息化技术在适用过程中需要依靠不同的设备、传输平台、程序等，难以做到综合兼容，因而导致一些管理策略或者是风险识别存在误差。

3.2 人力因素

从以往的铁路接触网故障案例中不难发现，一些既有的问题总是得不到很理想的防止，原因在于接触网的建设、运行管控等环节，需要依靠人力来完成，负责人或执行人主观上存在失误有可能催生各种风险，这就是人力因素的影响。换而言之，从事铁路接触网自建设到使用期间的每一个人，其主观行为都有可能成为阻滞接触网正常运行的风险源。一方面，相关人员的意识不到位，忽略或忽视了细节上和外部环境对接触网的不利影响，例如天气、温湿度等造成接触网设备的物理变化，包括大风、闪电、暴雨、高温等对接触网有直接的刺激，至发现故障时已然为时过晚；另一方面，个人在从事铁路接触网相关工作时，缺少相应的经验来判断风险，应急处理能力也相对较差，因此不能有效控制风险的发生和扩散。

3.3 外部因素

①天气因素。由于极端天气对接触网的寿命和结构等产生不利影响，例如：大风天气悬挂设备受风力摇晃，局部链接松动，线路不稳定或脱落；日照高温加剧设备温度负荷，加速设备老化进程或者是改变设备的运行属性；霜冻雨雪天气设备表面附加霜、积雪增加设备自重或改变设备导电性。②周边环境，例如接触网区域附近堆积有易燃物，容易诱发火灾，有沙土、轻质量的垃圾等，容易使设备沾染异物。③其他因素，如铁路线上部路桥施工、周边施工、部分生物迁徙和活动等，属不易防范和预见的因素。

4.铁路接触网运行状态的具体管理与控制措施

4.1 拟定管控原则

以《普速铁路接触网运行维修规则》《高速铁路接触网运行维修规则》为基本依据，严格执行运行维修与检测等标准。以确保铁路正常运行、安全运输为原则。做到有原则的管理和控制。树立起科学管理、高效管理、安全管理、成本管理的意识，例如适时组织学习相应的规章制度和标准，并对所有人员进行考核和评定，确保人员专业能力和职业道德、工作积极性等达到相应标准，评定合格，否则需加强学习。

4.2 强化外部防控

接触网由于是露天架设，高度较低，因此极易受到外部因素的影响。从以往的经验来看，接触网故障的现象大部分是由外部因素影响造成的，由此可见，加强接触网的外部防控，提高接触网抵抗外部因素的能力能够有效地降低其故障的出现数量。外部影响因素可以分为两个方面：一方面是天气因素，即风、雨、雪、雷电等，天气因素造成的故障常见的为接触网支柱倾倒、绝缘失效、线路冰冻、零部件锈蚀脱落等；另一方面则是环境因素，如异物、树木、空气污染、鸟类等，各种环境因素则会共同对接触网产生影响，进而增加故障概率。

①风害预防

首先可以减小接触网的结构高度，增设腕臂支撑、增加防风线或是定位管。其次接触网的零部件的钩环连接可以使用轴销进行连接。在山口、谷口及桥梁等风口地形内架设接触网时，跨距应当适当缩小5至10米。

②雷击预防

在一些特殊环境下架设接触网时，如隧道群两端要设置避雷器，高架桥、高路堤等地段要增设氧化锌避雷器，设置的避雷器应当具备有脱离器及漏电检测的功能，避雷器的绝缘外套应尽量使用复合绝缘子。避雷器设置时一定要确保接地装置可靠接地。

③雨水预防

首先在施工时，支柱埋藏深度要严格按照标准，倾斜方向及倾斜率要符合规范，横卧板与底板要按照设计标准进行设置。其次，在填方区段的支柱外侧与路基边坡之间的距离小于0.5米时，应当培土，培土的坡度与原路基相同，且支柱的设置位置要尽量处于排水通道之外。当接触网上方有跨线构筑物漏水的情况时，要对漏水情况进行引流或是封堵。

④冰冻预防

铁路的桥梁、隧道、站房等上跨建筑往往会出现漏水现象，在冬季时由于气温过低，这些漏水现象极易导致接触网结冰产生故障，因此要对这些上跨建筑的漏水点进行排查，采取引流、封堵等措施。

⑤锈蚀预防

本文以供电公司电力生产管理信息系统、用电信息采集系统应用为基础，结合大数据、人工智能等新技术应用，发掘配网异动事件发生规律，以重过载、低电压事件预警为突破口，创新配网异动精准预警工作机制，改进运维检修工作方法，实现提前主动检修，助力供电企业电网生产运维管理水平不断提升。

接触网的零部件应当选用符合相关规定的产品，在潮湿地区架设接触网要提高部件的防腐标准，接触网的螺栓要进行涂油防护。承力索、接触线及承力索要优先采用铜合金材质。金属支柱的根部周围要保持清洁，必须保证排水通畅。金属支柱要选用热侵镀锌工艺的材质，根据当地情况定期进行防腐维护工作。

4.3 落实内部建设

①区分项目落实责任，按照区段划分项目区域，由领导、工作员共同负责日常管理，并落实责任制度，建立以风险发生率、故障排查率等量化评价体系，对项目绩效进行评定，评测结果纳入绩效考核范畴。②建立检修与维护计划，根据接触网设备的生命周期建立检修与维护时间，按时间进行常规检查，同时针对恶劣天气和突变情况的，如节假日制定特别维护计划，明确规定维护项目和规程。③实行班组相互监督制度和绩效竞争制度，调动工作组的积极性，提高维护效率。

4.4 完善资源配置

在数字化背景下，增添新式的设备及相应的程序进行监控与管理，如自动报警、数值分析、模拟分析、故障排查、自动补救、应急处理等，减少人工管理的失误，且减少日常工作强度，但需要进一步强化一体化设计，尽可能实现一站式管理，便于快速定位风险点，排除隐患。还应当根据接触网的特点和地区特点，加强防护措施，例如警示标志、隔离设施、防撞防震设施等，以既有的案例为蓝本，寻求新的高效防护措施。此外，为了配合日常检修维护等工作，应在拟定风险高发区域增加应急执勤站，包括监控站、数据采集站、工具存放点等，以综合性站点替代单一功能性站点，提高整个运营维护系统的效率。

5.需要注意的问题

在完善铁路接触网管控措施之余，需要考虑几个重要问题：

第一，如何做到风险的预警和预防，在施工、安装和检修等实际操作环节，可以依靠相应的设备、软件和一系列的推演程序等，对铁路接触网系统进行评价和预估，建立在相应材料和部件固有数值上的数据对比有助于直接判定风险发生的可能性大小，而对于外部自然条件引起的风险，诸如风力、温湿度等风险源，应当能够借助先进技术进一步加强预判和防范。第二，参与施工、检修、养护和管理的人员，虽然专业素质可以通过学习和培养来提高，但是如何保障个人精神状态和职业道德修养仍旧难以突破传统的办法，需要考虑继落实责任和奖惩方案之余的其他办法，诸如文化熏陶、工作生活环境的改善、心理评价与辅导等办法。第三，在实际效果与实施成本之间谋求平衡点，贯彻落实“高效率、低成本”的理念，努力避免因侧重点偏颇而导致的其他问题。