高速鐵路接觸網(wǎng)斷線監(jiān)測技術(shù)淺探

張振勇

鐵路接觸網(wǎng)是高速電氣化鐵路運(yùn)行不可缺少的裝置。隨著接觸網(wǎng)施工技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、零部件制造技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)營管理技術(shù)的日益成熟，接觸網(wǎng)運(yùn)行可靠性得到了大幅度的提高。但是由于其運(yùn)行環(huán)境的特殊性，尤其是高速鐵路，接觸網(wǎng)要承受高速列車以一定的壓力高速接觸摩擦運(yùn)行，再加上大電流產(chǎn)生的熱，還要受拉力、電弧、風(fēng)雪、霧雨及大氣污染等因素的影響，使處在晝夜不停動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)之中的高速鐵路接觸網(wǎng)，發(fā)生斷線故障的可能性較一般電力供電線路大得多。

1 接觸網(wǎng)斷線的原因

1．接觸網(wǎng)導(dǎo)線長期磨損，造成截面減小、機(jī)械強(qiáng)度下降，到一定程度時(shí)，無法承受接觸網(wǎng)額定張力而發(fā)生接觸網(wǎng)斷線。

2．在接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)、股道電連接等接續(xù)點(diǎn)，由于電氣、化學(xué)腐蝕造成電氣接觸不良，長期發(fā)熱、放電而發(fā)生接觸網(wǎng)斷線。

3．由于機(jī)車弓網(wǎng)事故或機(jī)車故障、機(jī)車司機(jī)操作不當(dāng)、雷擊等惡劣天氣等原因造成接觸網(wǎng)斷線。

2 接觸網(wǎng)斷線后兩種情形的危害

1．接觸網(wǎng)斷線后接地，使?fàn)恳冸娝鄳?yīng)供電臂觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，但是現(xiàn)有牽引供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)只能顯示為接觸網(wǎng)接地故障跳閘，而不能判斷出是接觸網(wǎng)斷線還是接觸網(wǎng)其他部件接地。

這種情況發(fā)生后，導(dǎo)線接地，供電系統(tǒng)中斷，鐵路行車中斷，對(duì)鐵路工務(wù)、電務(wù)、通信等設(shè)備造成不同程度的損害和影響。例如：京滬高鐵開通運(yùn)營初期，在濟(jì)南局管內(nèi)某區(qū)間接觸網(wǎng)由于惡劣天氣遭受雷擊，發(fā)生接觸網(wǎng)斷線，牽引變電所跳閘，故障區(qū)間中斷供電近2小時(shí)，中斷京滬高鐵下行方向行車，造成近20趟列車出現(xiàn)不同程度的晚點(diǎn)。對(duì)鐵路造成的損失不可估量。

2．接觸網(wǎng)斷線后接觸網(wǎng)不接地，牽引變電所保護(hù)不動(dòng)作，斷路器不跳閘，現(xiàn)有技術(shù)條件無法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生，更無法確定故障地點(diǎn)。

此種情況發(fā)生后，導(dǎo)線不接地，接觸網(wǎng)還在供電，導(dǎo)線懸于鐵路線路上方，斷線不會(huì)對(duì)工務(wù)、電務(wù)、通信設(shè)備造成損害。但這類的故障很可能會(huì)造成運(yùn)行中的動(dòng)車組出現(xiàn)打弓、刮網(wǎng)甚至塌網(wǎng)等情況，對(duì)人身和行車設(shè)備造成更大損害。

3 接觸網(wǎng)斷線監(jiān)測系統(tǒng)分析及改進(jìn)建議

如果能有一套系統(tǒng)在接觸網(wǎng)斷線時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并顯示出接觸網(wǎng)發(fā)生斷線時(shí)錨段及公里標(biāo)，那么供電調(diào)度就能根據(jù)收到的報(bào)警信號(hào)，及時(shí)通知斷線區(qū)域附近的列車和人員，避免接觸網(wǎng)斷線給列車和人員造成傷害，也可以防止事故范圍的擴(kuò)大。如果能及時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)斷線發(fā)生的準(zhǔn)確地點(diǎn)，還能為故障搶修節(jié)約時(shí)間，減少斷線事故影響，提高運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，而且能使故障帶來的損失降低到最小程度，為電氣化鐵路供電的安全運(yùn)行提供多一層保護(hù)。

目前的接觸網(wǎng)斷線監(jiān)測技術(shù)研究主要有3個(gè)方向：

1．通過牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中電壓、電流變化發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)斷線，這是長久以來從電氣原理方面監(jiān)測接觸網(wǎng)斷線的研究方向，但是一直沒有大的進(jìn)展。現(xiàn)有接觸網(wǎng)故障測距系統(tǒng)只能監(jiān)測到斷線后接地的接觸網(wǎng)斷線故障。雖然能顯示為故障接地，并能測量故障點(diǎn)的大概位置，但卻不能判斷出是接觸網(wǎng)斷線接地還是其他電氣故障接地。如果故障測距更精確，能夠區(qū)分開這兩項(xiàng)故障接地，就可以把故障測距做為一種監(jiān)測輔助手段。

2．通過現(xiàn)代先進(jìn)的激光測距技術(shù)，監(jiān)測接觸網(wǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)墜砣a、b值變化，來監(jiān)測接觸網(wǎng)斷線。在接觸網(wǎng)補(bǔ)償器加裝激光測距裝置，單片機(jī)控制，可以定義測量間隔和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且具有無線數(shù)據(jù)上傳功能，每個(gè)測距裝置具有獨(dú)立的ID，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)補(bǔ)償器B值的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

這種方法使用的技術(shù)先進(jìn)，通過監(jiān)測接觸網(wǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)a、b值變化大小和時(shí)間長短，來判斷接觸網(wǎng)狀態(tài)。如果監(jiān)測發(fā)現(xiàn)a、b值發(fā)生突變并超出正常范圍，就可判斷出接觸網(wǎng)斷線并報(bào)警。但是由于激光實(shí)時(shí)測距裝置功耗較大，監(jiān)測點(diǎn)需采用太陽能電池板與蓄電池組供電方式，其相關(guān)設(shè)備復(fù)雜、不利于投入實(shí)際運(yùn)行。并且在采用棘輪補(bǔ)償裝置的高鐵接觸網(wǎng)斷線后，墜砣a、b值變化的范圍不明顯，很多情況下檢測不到斷線。

如果能降低激光測距的功耗，或者通過聲波等其他低功耗測量距離手段代替激光測距，功耗降低后取消太陽能板，只靠高性能鋰電池就能為裝置提供長時(shí)間的供電，這樣就能使斷線監(jiān)測裝置更便于安裝，更宜投入實(shí)際運(yùn)用。如果再通過長時(shí)間運(yùn)行，總結(jié)出采用棘輪補(bǔ)償裝置的接觸網(wǎng)錨段斷線后a、b值變化規(guī)律，完善監(jiān)測后臺(tái)系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，使它能更準(zhǔn)確判斷出接觸網(wǎng)錨段斷線，這套系統(tǒng)就可以比較全面的監(jiān)測接觸網(wǎng)斷線故障。

3．通過監(jiān)測接觸網(wǎng)張力變化來發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)斷線是一種不錯(cuò)的設(shè)想。它通過分析接觸網(wǎng)接觸懸掛張力變化，研制了一種安裝在接觸懸掛下錨終端的張力在線監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)接觸網(wǎng)張力超出允許數(shù)值時(shí)，通過GSM網(wǎng)發(fā)出短信預(yù)警信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸斷線事故的發(fā)生，并能起到快速查找的作用。該系統(tǒng)采用ARM嵌入式微處理器和磁致伸縮式張力傳感器，采用GPRS短信通信方式進(jìn)行斷線報(bào)警，系統(tǒng)功耗小，采用高性能鋰電作為電源，實(shí)現(xiàn)較為簡單。但是它要把張力傳感器裝在接觸導(dǎo)網(wǎng)下錨終端上，安裝和檢修需接觸網(wǎng)停電，并且由于應(yīng)力感應(yīng)器安裝的位置限制，不能全面監(jiān)測接觸網(wǎng)斷線。

如果將導(dǎo)網(wǎng)下錨終端上的應(yīng)力傳感器安裝在不需接觸網(wǎng)停電，并且便于檢修維護(hù)的地方，如接觸網(wǎng)補(bǔ)償裝置墜砣桿上方，而且能真實(shí)監(jiān)測到接觸網(wǎng)應(yīng)力的變化，這套系統(tǒng)將會(huì)更有實(shí)用價(jià)值，就很可能得到推廣應(yīng)用，成為鐵路牽引供電系統(tǒng)斷線監(jiān)測的一套實(shí)用性產(chǎn)品。

4 結(jié)論

接觸網(wǎng)斷線監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)應(yīng)按照安裝簡單、維護(hù)檢修方便，安裝檢修過程中無需接觸網(wǎng)停電，并且不間斷設(shè)備運(yùn)行，服務(wù)一線的原則，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的不斷完善，取長補(bǔ)短綜合應(yīng)用，接觸網(wǎng)斷線的實(shí)用監(jiān)測系統(tǒng)，將成為高速鐵路牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)，為牽引供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供多一層保護(hù)。

［1］ 譚秀炳 ．交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)［M］．西南交通大學(xué)出版社，2007．

［2］ 于萬聚 ．高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］．西南交通大學(xué)出版社，2003．