中國鐵路南昌局集團有限公司供電處 袁建江

引言

根據(jù)中國鐵路總公司2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：“國家鐵路旅客發(fā)送量完成30.38億人，比上年增加2.65億人，增長9.6%；國家鐵路貨運總發(fā)送量完成29.19億噸，比上年增加2.67億噸，增長10.1%；全國鐵路固定資產(chǎn)投資完成8010億元。全國鐵路營業(yè)里程達到12.7萬公里，比上年增長2.4%。全國鐵路路網(wǎng)密度132.2公里/萬平方公里，比上年增加3.0公里/萬平方公里。電氣化里程8.7萬公里，比上年增長7.8%，電化率68.2%，比上年提高3.4個百分點。全國鐵路機車擁有量為2.1萬臺，比上年減少372臺，其中，電力機車占59.5%，比上年提高1.4個百分點。”

由此數(shù)據(jù)可見：我國鐵路網(wǎng)承擔(dān)著十分繁重的運輸任務(wù)，且關(guān)系著全國經(jīng)濟和社會發(fā)展進程，而在當(dāng)今低碳環(huán)保、節(jié)能減排的理念下，建設(shè)電氣化的鐵路線路，成為以大趨勢，這就意味著如何保障電氣化鐵路線路的正常運行，成為鐵路運輸部門的重要任務(wù)，因此必須著眼于微小環(huán)節(jié)，逐層逐級探究電力機車及線路的工作常態(tài)，以全局觀為核心，全面優(yōu)化電力鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)的管理與控制措施。鐵路接觸網(wǎng)作為鐵路網(wǎng)線上的重要部件，使用頻率高，結(jié)構(gòu)相對脆弱，更應(yīng)當(dāng)被提升到首要位置。

1.鐵路接觸網(wǎng)功能與組成

接觸網(wǎng)是鐵路沿線上方架設(shè)的電力線路，其主要的功能是向受電弓提供電流，以此為運行中的電力機車提供電能。而接觸網(wǎng)一旦運行不良，可能導(dǎo)致機車運行受阻、異常運行或者直接停電，嚴重時引發(fā)事故。接觸網(wǎng)一般采用“之”字型架設(shè)，主要由以下五個部分組成：

（1）基礎(chǔ)與支柱

支柱與基礎(chǔ)用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將接觸懸掛固定在規(guī)定的位置和高度上，一般為采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱和鋼柱。

（2）接觸懸掛

接觸懸掛有兩種形式，即簡單接觸懸掛與鏈型懸掛。

1）簡單懸掛

簡單懸掛是指使用單獨一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。目前國內(nèi)使用的帶補償裝置的彈性簡單懸掛系在接觸線下錨處裝設(shè)了張力補償裝置，以調(diào)節(jié)張力和弛度的變化①。

2）鏈型懸掛

鏈形懸掛的接觸線是通過吊弦懸掛在承力索上。承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點，利用調(diào)整吊弦長度，使接觸線在整個跨距內(nèi)對軌面的距離保持一致②。

（3）支持裝置。包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。

（4）定位裝置。定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱。

2.鐵路接觸網(wǎng)運行風(fēng)險

2.1 弓網(wǎng)故障

常見的弓網(wǎng)故障現(xiàn)象有接觸網(wǎng)參數(shù)變化、接觸網(wǎng)旋梭或零部件脫落、接觸網(wǎng)零部件變形或脫落等。造成弓網(wǎng)故障的原因有許多，比較常見的有以下幾種。造成接觸網(wǎng)部件變形或零部件脫落，通常是由于在長期的使用過程中的振動疲勞，或是施工不當(dāng)造成零部件受損，進而導(dǎo)致接觸網(wǎng)的部件變形或是脫落。接觸網(wǎng)設(shè)計或施工不合理導(dǎo)致接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不科學(xué)，也容易使接觸網(wǎng)在后續(xù)的使用過程中出現(xiàn)故障。此外，也不排除產(chǎn)品自身質(zhì)量有問題，或是極端天氣導(dǎo)致弓網(wǎng)故障等。

圖1 定位管斜拉線松弛下垂

圖2 分相絕緣器吊線脫落

2.2 聯(lián)接故障

接觸網(wǎng)是機電合一的一種特殊供電設(shè)備，因此在使用過程中往往會出現(xiàn)電氣聯(lián)接方面的故障。聯(lián)接故障比較少見，但是一旦出現(xiàn)聯(lián)接故障，通常會產(chǎn)生較為嚴重的影響。聯(lián)接故障通常由以下原因?qū)е?。近年來我國鐵路運輸迅猛發(fā)展，當(dāng)前鐵路運輸所需的牽引運能已經(jīng)超出了接觸網(wǎng)建成時所能承受的持續(xù)載流量，因此發(fā)生聯(lián)接故障。接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路由多個部分組成，每一個部分之間需要使用各種線夾來進行聯(lián)接，以此來延伸回路至整個鐵路，主導(dǎo)電回路的某一部分出現(xiàn)缺陷時，可能導(dǎo)致局部過載，從而導(dǎo)致接觸網(wǎng)故障。此外，接觸網(wǎng)聯(lián)接故障的施工時沒有按照相關(guān)標(biāo)準嚴格執(zhí)行，使接觸網(wǎng)安裝完成后存在線夾不規(guī)范、電連接器的結(jié)線不合理等安全隱患，也會導(dǎo)致聯(lián)接故障，甚至影響后續(xù)的檢修工作，如圖3。

圖3 瓷質(zhì)插銷保險熔斷（左一）

2.3 絕緣故障

對于包含接觸網(wǎng)在內(nèi)的每一項高壓供電設(shè)備而言，絕緣技術(shù)都是至關(guān)重要的。接觸網(wǎng)由于需要給列車供電，因此懸掛高度較低，各種影響因素較多，絕緣難度較大，因此在接觸網(wǎng)故障中，絕緣方面的故障最為常見。常見的絕緣故障原因有以下幾種。首先是絕緣子被污染，絕緣子需要定期清掃，一旦清掃周期過長，則會出現(xiàn)絕緣子表面受到過多污染，而污染物中往往存在許多導(dǎo)電介質(zhì)，使得絕緣子被放電擊穿。然而由于接觸網(wǎng)架設(shè)的環(huán)境復(fù)雜，即使清掃周期合理，由于特殊環(huán)境的影響，絕緣子容易被一些易導(dǎo)電的特殊污染物覆蓋，這種情況下即使污染物不多也容易使絕緣子被放電擊穿，如圖4。

圖4 絕緣子污閃

2.4 通電故障

①開關(guān)設(shè)備功能不能實現(xiàn)，造成送電不成功，開關(guān)耦合失敗致使線路斷電，遠程檢查可能上報正常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)不能完整運行，如圖5。②異物侵入送電線路，形成隔離點或短接點，導(dǎo)致線路異常，輕微的影響供電穩(wěn)定，進而造成局部溫度過高，或是改變了送電線路的固有屬性，造成跳閘斷電，最終導(dǎo)致局部設(shè)備燒壞，且小異物侵入微小設(shè)備中，較難被發(fā)現(xiàn)，如圖6。③大型異物和外力對線路的直接損壞，如交通事故、強風(fēng)伴隨大體積異物，直接從外部破壞性的損壞了線路設(shè)備，譬如基礎(chǔ)損壞，上跨路橋墜物砸壞線路設(shè)備，造成線路不能正常送電，甚至異常放電衍生危害性較強，如圖7。

圖5 隔離開關(guān)檢修無故障記錄

圖6 異物侵入（白色垃圾）

圖7 樹木傾軋

3.影響鐵路接觸網(wǎng)運行狀態(tài)的因素

3.1 技術(shù)因素

我國自1961年建成第一條電氣化鐵路以來，積累了大量的經(jīng)驗和技術(shù)，目前已經(jīng)有了專門數(shù)字化和智能化技術(shù)，以及設(shè)備生產(chǎn)和安裝維護技術(shù)，但整體而言，當(dāng)前電氣化鐵路的建設(shè)日漸增多，使用頻率加劇，且設(shè)備生產(chǎn)廠家不在少數(shù)，這就導(dǎo)致了在施工建設(shè)和日常維護管理時，需要使用到諸多不同的技術(shù)種類。譬如不同的廠家生產(chǎn)的設(shè)備性能客觀存在一定的差異，而不同設(shè)備之間的匹配度不盡相同，使用壽命、工作時長、維護需求不同，導(dǎo)致整個接觸網(wǎng)在建設(shè)和運行期間，產(chǎn)生的各種校對、檢查工作繁重，加之技術(shù)種類過多，增大了建設(shè)與運行管理的難度。例如當(dāng)前的自動控制、安全監(jiān)控、信息采集等環(huán)節(jié)，如何做到精確、準時、及時都是一大難題，尤其是數(shù)字化和信息化技術(shù)在適用過程中需要依靠不同的設(shè)備、傳輸平臺、程序等，難以做到綜合兼容，因而導(dǎo)致一些管理策略或者是風(fēng)險識別存在誤差。

3.2 人力因素

從以往的鐵路接觸網(wǎng)故障案例中不難發(fā)現(xiàn)，一些既有的問題總是得不到很理想的防止，原因在于接觸網(wǎng)的建設(shè)、運行管控等環(huán)節(jié)，需要依靠人力來完成，負責(zé)人或執(zhí)行人主觀上存在失誤有可能催生各種風(fēng)險，這就是人力因素的影響。換而言之，從事鐵路接觸網(wǎng)自建設(shè)到使用期間的每一個人，其主觀行為都有可能成為阻滯接觸網(wǎng)正常運行的風(fēng)險源。一方面，相關(guān)人員的意識不到位，忽略或忽視了細節(jié)上和外部環(huán)境對接觸網(wǎng)的不利影響，例如天氣、溫濕度等造成接觸網(wǎng)設(shè)備的物理變化，包括大風(fēng)、閃電、暴雨、高溫等對接觸網(wǎng)有直接的刺激，至發(fā)現(xiàn)故障時已然為時過晚；另一方面，個人在從事鐵路接觸網(wǎng)相關(guān)工作時，缺少相應(yīng)的經(jīng)驗來判斷風(fēng)險，應(yīng)急處理能力也相對較差，因此不能有效控制風(fēng)險的發(fā)生和擴散。

3.3 外部因素

①天氣因素。由于極端天氣對接觸網(wǎng)的壽命和結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生不利影響，例如：大風(fēng)天氣懸掛設(shè)備受風(fēng)力搖晃，局部鏈接松動，線路不穩(wěn)定或脫落；日照高溫加劇設(shè)備溫度負荷，加速設(shè)備老化進程或者是改變設(shè)備的運行屬性；霜凍雨雪天氣設(shè)備表面附加霜、積雪增加設(shè)備自重或改變設(shè)備導(dǎo)電性。②周邊環(huán)境，例如接觸網(wǎng)區(qū)域附近堆積有易燃物，容易誘發(fā)火災(zāi)，有沙土、輕質(zhì)量的垃圾等，容易使設(shè)備沾染異物。③其他因素，如鐵路線上部路橋施工、周邊施工、部分生物遷徙和活動等，屬不易防范和預(yù)見的因素。

4.鐵路接觸網(wǎng)運行狀態(tài)的具體管理與控制措施

4.1 擬定管控原則

以《普速鐵路接觸網(wǎng)運行維修規(guī)則》《高速鐵路接觸網(wǎng)運行維修規(guī)則》為基本依據(jù)，嚴格執(zhí)行運行維修與檢測等標(biāo)準。以確保鐵路正常運行、安全運輸為原則。做到有原則的管理和控制。樹立起科學(xué)管理、高效管理、安全管理、成本管理的意識，例如適時組織學(xué)習(xí)相應(yīng)的規(guī)章制度和標(biāo)準，并對所有人員進行考核和評定，確保人員專業(yè)能力和職業(yè)道德、工作積極性等達到相應(yīng)標(biāo)準，評定合格，否則需加強學(xué)習(xí)。

4.2 強化外部防控

接觸網(wǎng)由于是露天架設(shè)，高度較低，因此極易受到外部因素的影響。從以往的經(jīng)驗來看，接觸網(wǎng)故障的現(xiàn)象大部分是由外部因素影響造成的，由此可見，加強接觸網(wǎng)的外部防控，提高接觸網(wǎng)抵抗外部因素的能力能夠有效地降低其故障的出現(xiàn)數(shù)量。外部影響因素可以分為兩個方面：一方面是天氣因素，即風(fēng)、雨、雪、雷電等，天氣因素造成的故障常見的為接觸網(wǎng)支柱傾倒、絕緣失效、線路冰凍、零部件銹蝕脫落等；另一方面則是環(huán)境因素，如異物、樹木、空氣污染、鳥類等，各種環(huán)境因素則會共同對接觸網(wǎng)產(chǎn)生影響，進而增加故障概率。

①風(fēng)害預(yù)防

首先可以減小接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)高度，增設(shè)腕臂支撐、增加防風(fēng)線或是定位管。其次接觸網(wǎng)的零部件的鉤環(huán)連接可以使用軸銷進行連接。在山口、谷口及橋梁等風(fēng)口地形內(nèi)架設(shè)接觸網(wǎng)時，跨距應(yīng)當(dāng)適當(dāng)縮小5至10米。

②雷擊預(yù)防

在一些特殊環(huán)境下架設(shè)接觸網(wǎng)時，如隧道群兩端要設(shè)置避雷器，高架橋、高路堤等地段要增設(shè)氧化鋅避雷器，設(shè)置的避雷器應(yīng)當(dāng)具備有脫離器及漏電檢測的功能，避雷器的絕緣外套應(yīng)盡量使用復(fù)合絕緣子。避雷器設(shè)置時一定要確保接地裝置可靠接地。

③雨水預(yù)防

首先在施工時，支柱埋藏深度要嚴格按照標(biāo)準，傾斜方向及傾斜率要符合規(guī)范，橫臥板與底板要按照設(shè)計標(biāo)準進行設(shè)置。其次，在填方區(qū)段的支柱外側(cè)與路基邊坡之間的距離小于0.5米時，應(yīng)當(dāng)培土，培土的坡度與原路基相同，且支柱的設(shè)置位置要盡量處于排水通道之外。當(dāng)接觸網(wǎng)上方有跨線構(gòu)筑物漏水的情況時，要對漏水情況進行引流或是封堵。

④冰凍預(yù)防

鐵路的橋梁、隧道、站房等上跨建筑往往會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，在冬季時由于氣溫過低，這些漏水現(xiàn)象極易導(dǎo)致接觸網(wǎng)結(jié)冰產(chǎn)生故障，因此要對這些上跨建筑的漏水點進行排查，采取引流、封堵等措施。

⑤銹蝕預(yù)防

本文以供電公司電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用為基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)應(yīng)用，發(fā)掘配網(wǎng)異動事件發(fā)生規(guī)律，以重過載、低電壓事件預(yù)警為突破口，創(chuàng)新配網(wǎng)異動精準預(yù)警工作機制，改進運維檢修工作方法，實現(xiàn)提前主動檢修，助力供電企業(yè)電網(wǎng)生產(chǎn)運維管理水平不斷提升。

接觸網(wǎng)的零部件應(yīng)當(dāng)選用符合相關(guān)規(guī)定的產(chǎn)品，在潮濕地區(qū)架設(shè)接觸網(wǎng)要提高部件的防腐標(biāo)準，接觸網(wǎng)的螺栓要進行涂油防護。承力索、接觸線及承力索要優(yōu)先采用銅合金材質(zhì)。金屬支柱的根部周圍要保持清潔，必須保證排水通暢。金屬支柱要選用熱侵鍍鋅工藝的材質(zhì)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r定期進行防腐維護工作。

4.3 落實內(nèi)部建設(shè)

①區(qū)分項目落實責(zé)任，按照區(qū)段劃分項目區(qū)域，由領(lǐng)導(dǎo)、工作員共同負責(zé)日常管理，并落實責(zé)任制度，建立以風(fēng)險發(fā)生率、故障排查率等量化評價體系，對項目績效進行評定，評測結(jié)果納入績效考核范疇。②建立檢修與維護計劃，根據(jù)接觸網(wǎng)設(shè)備的生命周期建立檢修與維護時間，按時間進行常規(guī)檢查，同時針對惡劣天氣和突變情況的，如節(jié)假日制定特別維護計劃，明確規(guī)定維護項目和規(guī)程。③實行班組相互監(jiān)督制度和績效競爭制度，調(diào)動工作組的積極性，提高維護效率。

4.4 完善資源配置

在數(shù)字化背景下，增添新式的設(shè)備及相應(yīng)的程序進行監(jiān)控與管理，如自動報警、數(shù)值分析、模擬分析、故障排查、自動補救、應(yīng)急處理等，減少人工管理的失誤，且減少日常工作強度，但需要進一步強化一體化設(shè)計，盡可能實現(xiàn)一站式管理，便于快速定位風(fēng)險點，排除隱患。還應(yīng)當(dāng)根據(jù)接觸網(wǎng)的特點和地區(qū)特點，加強防護措施，例如警示標(biāo)志、隔離設(shè)施、防撞防震設(shè)施等，以既有的案例為藍本，尋求新的高效防護措施。此外，為了配合日常檢修維護等工作，應(yīng)在擬定風(fēng)險高發(fā)區(qū)域增加應(yīng)急執(zhí)勤站，包括監(jiān)控站、數(shù)據(jù)采集站、工具存放點等，以綜合性站點替代單一功能性站點，提高整個運營維護系統(tǒng)的效率。

5.需要注意的問題

在完善鐵路接觸網(wǎng)管控措施之余，需要考慮幾個重要問題：

第一，如何做到風(fēng)險的預(yù)警和預(yù)防，在施工、安裝和檢修等實際操作環(huán)節(jié)，可以依靠相應(yīng)的設(shè)備、軟件和一系列的推演程序等，對鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)進行評價和預(yù)估，建立在相應(yīng)材料和部件固有數(shù)值上的數(shù)據(jù)對比有助于直接判定風(fēng)險發(fā)生的可能性大小，而對于外部自然條件引起的風(fēng)險，諸如風(fēng)力、溫濕度等風(fēng)險源，應(yīng)當(dāng)能夠借助先進技術(shù)進一步加強預(yù)判和防范。第二，參與施工、檢修、養(yǎng)護和管理的人員，雖然專業(yè)素質(zhì)可以通過學(xué)習(xí)和培養(yǎng)來提高，但是如何保障個人精神狀態(tài)和職業(yè)道德修養(yǎng)仍舊難以突破傳統(tǒng)的辦法，需要考慮繼落實責(zé)任和獎懲方案之余的其他辦法，諸如文化熏陶、工作生活環(huán)境的改善、心理評價與輔導(dǎo)等辦法。第三，在實際效果與實施成本之間謀求平衡點，貫徹落實“高效率、低成本”的理念，努力避免因側(cè)重點偏頗而導(dǎo)致的其他問題。

6.總結(jié)

鐵路接觸網(wǎng)的運行狀態(tài)，受到鐵路接觸網(wǎng)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)完整性的影響較大，歸根究底是因為元件、施工、檢修、自然條件等各方面原因?qū)е碌母鞣N故障，因此全面分析得出，要想保障鐵路接觸網(wǎng)的運行狀態(tài)處于良性，就應(yīng)當(dāng)對接觸網(wǎng)自建設(shè)到使用進行全過程的管理與控制，確保細微末節(jié)少滋生或不滋生更多的隱患，做到防患于未然。

注釋：

①毋文霞,侯波.高速鐵路接觸網(wǎng)供電方式探討[J].甘肅科技,2008(13).

②郭春霞.現(xiàn)代有軌電車供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)研究與零件設(shè)計[J].電氣化鐵道,2014(03).

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