接觸網(wǎng)永久性接地故障樹分析

摘要：通過對接觸網(wǎng)永久性接地的故障樹分析，查找出能引起接觸網(wǎng)永久性接地故障的所有底事件，并制定防范措施，為設(shè)備維護提供參考。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);永久性接地故障;故障樹

Abstract：Based on the"Fault Tree Analysis to the permanent"phase-to-ground"faults of overhead line system，find the whole root events which could cause permanent"phase-to-ground"faults，then formulate preventive measures and provide a reference for equipments maintenance.

Key words：Overhead line system;Permanent"phase-to-ground"faults;Fault Tree

0引言

接觸網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中，絕大多數(shù)故障都是接地短路故障。接地短路故障分為瞬時性短路故障和永久性短路故障。瞬時性短路一般通過一次重合閘，能使接觸網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)供電，而永久性短路接地是指一次重合閘不成功，需要人員到現(xiàn)場進行搶修才能恢復(fù)供電的短路故障^[1]。通過接觸網(wǎng)永久性接地短路故障樹分析，可以讓我們知道哪些事件或者事件的組合可以導致接地故障的發(fā)生，進而制定有效的防范措施，防止短路故障的出現(xiàn)，以此提升接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性水平。

1 建立接觸網(wǎng)永久性接地故障樹

1.1永久性接地故障分析

故障樹是用來表明系統(tǒng)中的哪些組成部分發(fā)生故障或外界事件發(fā)生以及它們的組合將會導致系統(tǒng)發(fā)生一種給定故障的邏輯圖^[2]。

接觸網(wǎng)系統(tǒng)由支柱及基礎(chǔ)、支持與定位裝置、接觸懸掛及附加懸掛組成。在組成接觸網(wǎng)系統(tǒng)的部件中，支柱及基礎(chǔ)屬于不帶電設(shè)備，在正常運行情況下，支柱及基礎(chǔ)的電位為零，所以在接地短路故障中，不存在支柱及基礎(chǔ)接地短路的問題。支持與定位裝置以及接觸懸掛，在正常情況下保持帶電，額定電壓27.5Kv。在附加懸掛中，供電線是接觸網(wǎng)系統(tǒng)中故障多發(fā)的部件。所以，總的來看，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的永久性接地主要由支持及定位裝置、接觸懸掛、附加懸掛等接地短路引起。并且，由于上述設(shè)備在電氣上是導通連成一個整體的，一旦某個設(shè)備出現(xiàn)永久性接地短路，必然造成整個接觸網(wǎng)系統(tǒng)的永久性接地短路。

從接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行情況看，定位裝置所發(fā)生的永久性短路接地故障較少。由于定位裝置離支柱及鋼軌、地面的距離較遠，即便發(fā)生零部件脫落等情況，故障情況更多地表現(xiàn)為瞬時短路接地或者打弓等，永久性接地情況比較少見，因此本文在故障樹建立過程中，不再考慮定位裝置接地短路的問題。支持裝置由于僅通過棒式絕緣子直接與支柱相連，一旦絕緣子擊穿或者被外界侵入的異物短接，或者帶電部分與建筑物等絕緣距離不足，就會產(chǎn)生永久性接地故障。同時，如果發(fā)生腕臂連接零部件松脫或斷裂，將導致腕臂脫落，也必然導致短路接地，但這種情況在設(shè)備運行中極少發(fā)生，本文不作考慮因素進行分析。

1.2 建立故障樹

根據(jù)上述分析，建立接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地短路的故障樹。

從故障樹中可以看出，接觸懸掛、附加懸掛以及支持裝置中任何一個組成單元發(fā)生短路，都將導致整個接觸網(wǎng)系統(tǒng)的短路故障。同時，能夠造成上述三個單元短路故障的原因又是多樣的。前文已經(jīng)對支持裝置接地短路的原因進行了分析，并在故障樹中畫出。下面對接觸懸掛和附加懸掛的接地短路進行分析。

1.3 接觸懸掛接地短路分析

接觸懸掛由接觸線、承力索、吊弦、補償裝置以及與懸掛相連的各種部件組成^[3]。在接觸懸掛的永久性接地短路故障中，接觸線斷線、承力索斷線以及引線、電連接線等接地造成的短路故障占絕大多數(shù)。同時，接觸線斷線，承力索斷線以及引線接地短路（注：下文中將開關(guān)引線、電連接線、避雷器引線等統(tǒng)稱為引線）等又存在多種故障原因。

（1）承力索斷線

在接觸網(wǎng)系統(tǒng)的日常運營過程中，承力索斷線較為常見，會引起斷線的原因較多，分析如下：

1）外界異物侵入造成接地短路放電，燒斷承力索。

2）在車站咽喉以及錨段關(guān)節(jié)等處所，當兩支承力索交叉且距離過小，且未加裝等電位線，發(fā)生相互間放電，最終燒斷承力索。

3）補償裝置的補償繩斷裂、下錨連接部件斷裂等。

4）旋轉(zhuǎn)腕臂卡滯后造成承力索張力不均衡，繃斷線索。

5）當兩支承力索相磨或者承力索與腕臂相磨時，加上線索因熱脹冷縮在順線路方向上的來回運動，磨損導致發(fā)生斷線。

6）承力索施工遺留硬傷或者雷擊等產(chǎn)生斷股后，未及時發(fā)現(xiàn)補強，造成斷線。

（2）接觸線斷線

在接觸網(wǎng)日常運營中，接觸線斷線是較常見的故障，會造成接觸線斷線的原因有很多，且除機車影響外，與承力索斷線原因相近，本文不再贅述。

（3）引線故障

隔離開關(guān)引線斷裂、脫落，避雷器引線脫落，電連接線斷裂、脫落以及中心錨節(jié)繩的斷裂、脫落都會造接觸網(wǎng)系統(tǒng)的永久性接地短路。由于上述設(shè)備發(fā)生斷裂或脫落的原因相近，本文只選取開關(guān)引線故障進行分析。

造成開關(guān)引線斷裂或者脫落的原因如下：

1）引線燒斷：外界異物侵入造成設(shè)備接地短路，或者設(shè)備線夾連接處緊固不到位，接觸電阻過大，長期發(fā)熱燒斷。

2）引線抽脫：由于設(shè)備施工過程緊固不到位或者預(yù)留弛度過緊等原因，在懸掛熱脹冷縮的作用下，將引線從設(shè)備線夾中拉出。

3）引線在安裝過程中出現(xiàn)損傷存在斷股等情況，未及時處置。

1.4 附加懸掛接地短路分析

附加懸掛主要包括供電線、正饋線、回流線以及保護線等。本文主要對供電電線短路故障進行分析。目前高鐵區(qū)段使用27.5Kv單芯電纜的比例較高。所以在分析供電線故障過程中，從架空線故障和電纜故障兩個方面進行。

（1）架空線故障

架空線形式的供電線在日常設(shè)備運行過程中，發(fā)生故障的概率相對較小，原因也較為簡單，主要表現(xiàn)為以下方面：

1）外界異物侵害，發(fā)生斷線，包括沿線危樹、鋼塔搭建的鳥巢等;

2）絕緣子污閃或破損，包括雷擊造成絕緣子破損，形成永久性接地。

（2）電纜故障

電纜故障主要表現(xiàn)為電纜頭擊穿、電纜絕緣擊穿等，故障原因主要為：

1）電纜頭制作工藝不到位，電纜頭存在先天缺陷;

2）單芯電纜接地不正確導致電纜頭燒損;

3）電纜敷設(shè)過程中，表皮有破損，最終導致絕緣擊穿。

2 故障樹定性分析

前面通過對接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地故障產(chǎn)生原因的分析，建立了故障樹。同時，對可能造成系統(tǒng)永久性接地短路的各種原因進行了分析，從分

析中可以看出，所有上述分析出的原因事件中，任何一個單一事件發(fā)生，都將導致接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地短路故障的出現(xiàn)，即頂事件發(fā)生。所以，上述原因事件均為能夠促使頂事件發(fā)生的最小割集。見表1。

表1 接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地短路為頂事件的最小割集

接觸網(wǎng)系統(tǒng)單元

支持裝置

接觸懸掛

附加懸掛

最小割集

棒式絕緣子破損，棒式絕緣子污閃，帶電體絕緣距離不足放電，外界異物侵入導致接地短路

外界異物侵入燒斷線、索，線索間缺等位線燒斷，張力不均繃斷線、索，線索（管）距離不足，且沒有防護措施磨斷線索，承力索有斷股等損傷，接觸線磨耗過度或有損傷，墜砣卡滯繃斷線、索，補償繩磨斷，補償繩終端抽脫，下錨連接部件斷裂，引線線夾緊固不到位，引線弛度過小，引線存在斷股，絕緣子擊穿

外界異物侵入燒斷架空線，絕緣子污閃或破損，電纜接地不正確，電纜頭施工質(zhì)量不佳

3 制定防范措施

根據(jù)上節(jié)所列能引起接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地短路故障的底事件，制定相應(yīng)的檢查防范措施，由于篇幅原因，本文中只列舉出支持裝置短路故障的防范措施，見表2。

表2" 支持裝置短路故障防范措施

序號

底事件描述

維護措施

1

棒式絕緣子破損擊穿

1、做好棒式絕緣子日常檢查，及時發(fā)現(xiàn)、整治破損等情況;

2、雷擊跳閘后，及時更換有破損的絕緣子。

2

棒式絕緣子污閃擊穿

1、認真排摸管內(nèi)重污區(qū)段分布情況;

2、嚴格依照絕緣清掃周期做好絕緣清潔工作。

3

帶電體絕緣距離不足放電

1、排查管內(nèi)是否存在支持裝置帶電體與建筑物不足500mm的情況;

2、及時整治絕緣距離不足的處所。

4 結(jié)論

本文以接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性接地短路故障分析為主線，依靠系統(tǒng)可靠性理論中故障樹分析的有關(guān)方法，對產(chǎn)生接觸網(wǎng)系統(tǒng)永久性短路接地故障的各種原因進行了分析，并建立了故障樹。同時，根據(jù)故障樹定性分析方法，查找出能夠使接觸網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)永久性接地短路故障的所有最小割集。最后為防范永久性接地故障的發(fā)生，制定了相應(yīng)的防范措施，對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的日常巡檢和故障搶修具有指導意義。

參考文獻：

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