高速電氣化鐵路常見接觸網故障分析與處理

費盛濤

【摘 要】通過對故障現象應采取措施的研究，有助于加強對故障本源的認識，促使人們提高對接觸網的綜合維護能力。

【關鍵詞】高速鐵路；接觸網；故障分析

1.高速鐵路的負荷特點

牽引負荷大，可靠性要求高：客運專線列車速度高，高峰時段密度大，空氣阻力隨速度呈幾何級數增長，列車牽引力主要克服空氣阻力運行，牽引負荷很大。

列車負載率高，受電時間長：列車在運行中，主要克服輪軌磨擦阻力、線路坡道阻力和空氣阻力前進。輪軌磨擦阻力、線路坡道阻力與速度關系不大，而空氣阻力隨速度呈幾何級數增長。高速時，空氣阻力成為列車運行的主要阻力，列車需要持續從接觸網取得電能。

短時集中負荷特征明顯：客運專線具有顯著的時段特征。在早、晚時段和節假日的高峰客流期，根據客流量需要，可能組織大編組、高密度運輸，甚至在短時形成緊密追蹤，牽引負荷集中的特征明顯。

越區供電能力要求高：由于旅客運輸能力和準點的需要，牽引供電系統應具有應對各種各樣不良條件下持續供電的能力。在出現某一牽引變電所全所故障解列，退出供電的情況下，需采用由兩相鄰牽引變電所越區進行供電來保證運行的方式。

2.高速電氣化鐵路常見接觸網故障分析與處理

2.1故障分類

2.1.1機械故障

零部件變形、損壞、折斷和脫落。

例：中錨線夾裂紋、單耳定位環斷裂、彈性吊索線夾螺絲斷裂、隧道內吊柱斜支撐下部脫落等。

2.1.2電氣故障

線索燒傷、電纜擊穿。

例：正饋線電纜頭絕緣擊穿。

2.1.3外部因素

雷擊、鳥害。

當接觸網受到雷擊過電壓或操作過電壓影響時，電流通過避雷器流入大地，造成避雷器接地極附近電位升高，如果接地電阻過大，會對接觸網以及周邊設備造成反擊，引起變電所跳閘或燒壞信號與通信設備。

2.2原因分析

2.2.1機械故障原因分析

各局的運營經驗表明，機械故障主要發生在新開通的高鐵區段，高速鐵路接觸網雖然經過初驗、聯調聯試、缺陷克服、復驗等幾個階段，但由于接觸網工程的工期緊、任務重，施工質量往往得不到有力的保障。

發生機械故障主要是由于不按施工工藝標準施工，零部件未按照標準力矩緊固或者零部件緊固力矩過大，造成螺栓在運行過程中松動、脫落或造成銅質材料斷裂。例如：懸吊滑輪的不銹鋼連接板因螺栓不均勻緊固受力，一側墊片明顯變凹，線夾本體連接板嚴重變形，造成變形的原因是螺栓的力矩嚴重過大，受力不均勻，螺紋滑絲。

2.2.2電氣故障原因分析

高速鐵路接觸網電氣故障主要發生在新開通一段時間后，故障率在正式開通運營1年內，隨著車流密度的增加（相當于負荷增大），特別是極端溫度下（冬、夏兩季），主要原因是絕緣配合問題，接觸線索的絕緣距離不夠或者電纜絕緣強度不夠造成擊穿。

例如：由于接觸網導線具有一定的馳度，在空氣濕度大的區段，空氣絕緣強度降低，高速列車通過，線索晃動時與拉線底座錨栓瞬間距離減小，造成空氣絕緣擊穿，發生放電短路跳閘。

2.2.3外部因素原因分析

高速接觸網的接地問題是雷擊故障發生的的主要因素，因為當雷擊發生在接觸網附近時，會在接觸網上產生感應電流，直擊雷電流和感應雷電流沿接觸網向兩側傳播通過避雷器與接地極放電，當雷電流傳到變電所時就有可能引發跳閘。

由于高速鐵路的隧道和橋梁的大量使用，橋梁、隧道接地屬于隱蔽工程，所以橋梁、隧道、錨段關節處構成了接觸網防雷的薄弱環節。

2.3處理措施

2.3.1機械故障處理

針對機械故障，通過加強高速鐵路接觸網施工介入、驗收，特別要在施工工藝的落實方面，督促施工單位對驗收發現的動態及靜態缺陷及時整治。

必要時在高速鐵路正式運營之前，由設備接管單位負責組織大兵團對接觸網各部螺栓、螺母、彈墊、防松墊片等進行一米不漏地平推檢查、緊固，確保各部參數處于安全值之內，防止設備帶病運行。

2.3.2電氣故障處理

針對電氣故障，在檢修時，按溫度安裝曲線調整接觸懸掛各部位，同時適當加大絕緣距離，增加空氣間隙，防止空氣絕緣擊穿，通過計算，把最困難條件下的絕緣距離作為現場運行維護標準。嚴格按周期對接觸網進行監測，掌握設備技術狀態，發現問題及時處理。確保接觸懸掛各部位不致因溫度變化產生過緊、過松使絕緣距離降低而導致線索燒傷發生。

高速鐵路接觸網的上網電纜使用率越來越高，特別是大型站區及地質環境復雜區段，一是電纜盡量不使用冷備用，而使用熱備用方式。二是接觸網正式送電前要專項對電纜接地方式進行專項檢查，最后要對接觸網工進行電纜故障查找培訓，提高從業人員現場的故障查找的能力。

2.3.3外部因素處理

針對雷擊故障，設計方面要重點考慮當地的年均雷暴日，對重雷區的絕緣子絕緣爬距適當增加，必要時，在重雷區增加避雷器數量或者架設避雷線。

還有就是將接入綜合接地系統的PW線在鋼柱頂上安裝，同時確保接地極與大地之間的接觸電阻符合標準要求，在埋設接地極或運行一定期限（3～5年）后應對接地極的接地電阻進行監測。

針對鳥害，一方面加強對設備的運行監控，增加季節性的巡視，特別是鳥害頻發的冬春兩季交替時候，進行機車添乘巡視，一經發現，定人定責定時消號處理，將鳥巢納入車間設備問題庫，實行動態管理。

另一方面對鳥窩進行分析總結，及時掌握鳥搭窩習性，對重復搭建的地點建立問題庫，并重點監控處理，并在重復搭建的處所安裝驅鳥器，提高防治效果。

3.結束語

接觸網是一種特殊的供電設備，由于其結構和使用條件的特殊性，其故障也多種多樣。對其故障現象應采取措施的研究有助于加強對故障本源的認識，促使人們提高對接觸網的綜合維護能力，為牽引供電設備的安全運行打下堅實的基礎，為電氣化鐵路運輸提供可靠保證。