接觸網(wǎng)風致異物安全防護設計

梅亮云

（國家鐵路局 工程質量監(jiān)督中心，北京 100891）

0 引言

隨著我國鐵路快速發(fā)展，高鐵成為我國的亮麗名片。鐵路運輸為旅客帶來了安全、綠色、便捷、高效、準時的良好出行體驗。接觸網(wǎng)異物是威脅高鐵安全運營的重要因素之一［1］，近年來，由于大風天氣導致的建筑工地防塵網(wǎng)、農(nóng)村塑料大棚薄膜、菜市場塑料包裝袋、含金屬絲的風箏線、錫箔紙以及各種漂浮物等異物頻頻引發(fā)行車中斷或事故［2］，嚴重影響旅客日益增長的出行體驗要求，尤其是2021年以來，京津城際、京廣高鐵、京滬高鐵、京哈高鐵等先后出現(xiàn)了由接觸網(wǎng)風致異物引發(fā)的多起行車事故。從政策保障、人工監(jiān)測、物理防護、技術監(jiān)測等多方面深入分析，提出具體解決方案。

1 風致異物引發(fā)接觸網(wǎng)供電故障原因分析

目前，我國鐵路主要有內(nèi)燃牽引和電力牽引2種運輸方式，其中電力牽引因環(huán)保、運力優(yōu)勢逐漸成為主要的運輸方式。電力牽引基本原理是在鐵軌正上方架設一條“之”字走向的接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)通過電力機車頂部的受電弓為電力牽引機車提供源源不斷的電能。接觸網(wǎng)是電力機車運行的唯一供電設施，因此接觸網(wǎng)的安全可靠直接影響鐵路行車安全。

大風天氣時，大風導致鐵路沿線附近建筑工地的防塵網(wǎng)、農(nóng)村塑料大棚的薄膜、菜市場的塑料包裝袋、含金屬絲的風箏線、錫箔紙以及各種漂浮物等侵入接觸網(wǎng)設備限界，進而引起接觸網(wǎng)供電故障，導致行車中斷或事故。

事故類型一般分為2類。一類是含金屬絲的風箏線、錫箔紙等導電型異物，異物一端接觸到鐵路接觸網(wǎng)導線或腕臂，另一端接地，形成短路，引發(fā)跳閘，導致行車中斷；一類是建筑工地的防塵網(wǎng)、農(nóng)村塑料大棚的薄膜、菜市場的塑料包裝袋以及各種漂浮物等絕緣型異物，侵入接觸網(wǎng)設備限界或懸掛在接觸網(wǎng)上，會導致弓網(wǎng)關系惡化，受電弓瞬間斷電或取流質量變差，引發(fā)刮碰、拉弧、打火或離線事故，嚴重時一旦纏繞到受電弓上，易造成接觸網(wǎng)拉垮，進而引發(fā)塌網(wǎng)現(xiàn)象，造成嚴重事故。

2 接觸網(wǎng)風致異物安全防護現(xiàn)狀

安全運行是鐵路運輸最重要、最基本的要求，避免風致異物引發(fā)鐵路接觸網(wǎng)供電故障勢必要主動采取安全防護手段。通常安全防護手段主要有政策保障、人工監(jiān)測、物理防護、技術監(jiān)測等。

2.1 政策保障

政策保障指依靠國家有關法律、法規(guī)以及有關主管部門的規(guī)章、規(guī)范性文件等，一方面對風致異物的產(chǎn)權單位或責任單位形成事前震懾效應，減少或杜絕風致異物的產(chǎn)生；另一方面作為對風致異物的產(chǎn)權單位或責任單位事后處罰的執(zhí)法依據(jù)。目前，有關政策主要有：

2.1.1 《鐵路安全管理條例》

第五十三條禁止實施下列危害電氣化鐵路設施的行為：

（1）向電氣化鐵路接觸網(wǎng)拋擲物品。

（2）在鐵路電力線路導線兩側各500 m的范圍內(nèi)放風箏、氣球等低空飄浮物體。

2.1.2 《高速鐵路安全防護管理辦法》

第二十四條規(guī)定在高速鐵路電力線路導線兩側各500 m范圍內(nèi)，不得升放風箏、氣球、孔明燈等飄浮物體，不得使用弓弩、彈弓、汽槍等攻擊性器械從事可能危害高速鐵路安全的行為；在高速鐵路電力線路導線兩側升放無人機的，應當遵守國家有關規(guī)定；對高速鐵路線路兩側的塑料大棚、彩鋼棚、廣告牌、防塵網(wǎng)等輕質建筑物、構筑物，其所有權人或者實際控制人應當采取加固防護措施，并對塑料薄膜、錫箔紙、彩鋼瓦、鐵皮等建造、構造材料及時清理，防止大風天氣條件下危害高速鐵路安全。

2.1.3 《國務院辦公廳轉發(fā)交通運輸部等單位<關于加強鐵路沿線安全環(huán)境治理工作意見>的通知》（國辦函〔2021〕49號）

通知明確要求：構建政府主導、部門指導、企業(yè)負責、路地協(xié)同、多方共治的工作格局，依法解決突出問題，及時消除事故隱患，去存量、控增量，有效防范化解風險，持續(xù)改善鐵路沿線安全環(huán)境；以鐵路兩側500 m范圍內(nèi)的彩鋼瓦、石棉瓦、樹脂瓦、簡易房、塑料薄膜、防塵網(wǎng)、廣告牌等輕質物體為重點，建立存量問題隱患庫，制定針對性整治方案，實行閉環(huán)銷號管理，力爭2022年底前全部治理完成。

《鐵路安全管理條例》對于接觸網(wǎng)風致異物的有關規(guī)定過于籠統(tǒng)、操作性不強?！陡咚勹F路安全防護管理辦法》僅適用于高速鐵路，應該進一步出臺適用于普速鐵路的管理辦法。鐵路沿線安全環(huán)境治理工作開展以來，全國各地“路地雙方”積極構建“雙段長制”，將隱患排查制度常態(tài)化，重點排查整治鐵路兩側500 m范圍內(nèi)存在的安全隱患，有效遏制各種異物隱患的滋生蔓延，鐵路沿線環(huán)境明顯改善。

2.2 人工監(jiān)測

目前，對風致異物的監(jiān)測，各鐵路局集團公司供電段一般采取2種人工監(jiān)測方式：一種是安排巡線人員定期巡視接觸網(wǎng)；另一種是安排巡線人員添乘機車定期巡視接觸網(wǎng)［3］。這2種方式都比較傳統(tǒng)，優(yōu)點是準確無誤，能精準的判斷漂浮物的種類；缺點是效率低，不能連續(xù)24 h監(jiān)測接觸網(wǎng)系統(tǒng)，且人工和機械成本較高、勞動強度較大。

另外，機車乘務員途中瞭望也發(fā)揮了重要作用，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)上的各種異物，及時果斷采取減速或停車措施，確保行車安全。但機車乘務員一旦精力不集中時，不能及時發(fā)現(xiàn)異物，且易引起機車乘務員過勞現(xiàn)象。

2.3 物理防護

物理防護是沿鐵路線路建設物理隔離屏障，將接觸網(wǎng)系統(tǒng)與周邊環(huán)境隔離。目前，國內(nèi)鐵路還未采取此方式。這種方式的優(yōu)點是將異物與接觸網(wǎng)直接屏蔽隔離；缺點是成本較高，且受周邊環(huán)境限制，部分區(qū)域無法安裝。

2.4 技術監(jiān)測

目前，我國鐵路基本未采用技術監(jiān)測手段，只有部分區(qū)段在做試驗性應用。技術監(jiān)測主要有：視頻圖像、衛(wèi)星圖像、激光對射、紅外對射、微波對射監(jiān)測等。

（1）視頻圖像監(jiān)測。主要由終端攝像機、視頻分析服務器、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、監(jiān)控中心構成。基本工作原理是：沿鐵路線每隔一段距離布設終端攝像機，終端攝像機采集接觸網(wǎng)的視頻圖像，通過網(wǎng)絡上傳至視頻分析服務器，一旦有異物侵入接觸網(wǎng)設備限界時，內(nèi)置算法的視頻分析服務器通過自動比對識別出異物，發(fā)出報警信號至監(jiān)控中心［4］。優(yōu)點是能夠直觀看到異物圖像、精準確定異物種類，缺點是夜間和雨雪霧等惡劣天氣條件下誤報率和漏報率較高。每公里綜合造價10萬元左右。

（2）衛(wèi)星圖像監(jiān)測。基本工作原理是：由衛(wèi)星攜帶高清攝像機拍攝接觸網(wǎng)及其周邊環(huán)境的圖像，并傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，監(jiān)控系統(tǒng)服務器進行計算和比對不同時段的圖像后，發(fā)現(xiàn)異物侵入接觸網(wǎng)設備限界時，給出警示信號［5］。和視頻圖像監(jiān)測相比，優(yōu)點是鐵路沿線無需安裝終端設備，缺點是實時性差、現(xiàn)場異物圖像不清晰、誤報率和漏報率較高。每公里綜合造價6萬元左右。

（3）激光對射監(jiān)測。主要由多光束激光探測器、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、報警主機、監(jiān)控中心構成，其中多光束激光探測器由成對的激光發(fā)射機和激光接收機構成?；竟ぷ髟硎牵貉罔F路線布設多光束激光探測器，激光發(fā)射機發(fā)射特定波長的多光束激光，激光接收機接收激光，一旦有異物侵入接觸網(wǎng)設備限界時，勢必遮擋激光束引發(fā)報警。優(yōu)點是探測距離遠、穿透能力強、抗強光干擾能力強、適應雨雪霧等惡劣天氣能力強，缺點是成本略高、安裝調(diào)試較耗時［6］。每公里綜合造價15萬元左右。

（4）紅外對射監(jiān)測?；竟ぷ髟砼c激光對射監(jiān)測相同，區(qū)別是探測光束是特定波長的多光束紅外光。和激光對射監(jiān)測相比，優(yōu)點是在安防系統(tǒng)廣泛應用、成本低、安裝簡單方便，缺點是探測距離短、惡劣天氣條件下誤報率和漏報率較高［7］。每公里綜合造價8萬元左右。

（5）微波對射監(jiān)測?；竟ぷ髟砼c激光對射監(jiān)測相同，區(qū)別是探測光束是特定頻率的微波。和激光對射監(jiān)測相比，優(yōu)點是安裝調(diào)試簡單、穩(wěn)定性高，缺點是探測距離短、安裝時須與接觸網(wǎng)保持2 m左右距離［8］。每公里綜合造價12萬元左右。

3 接觸網(wǎng)風致異物清除方法

在人工監(jiān)測和技術監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異物侵入接觸網(wǎng)設備限界后，鐵路供電段申請“天窗點”，封鎖線路、接觸網(wǎng)斷電、做好安全防護后清除異物。

（1）對于體積較小的異物，作業(yè)人員一般采用6 m長的專用桿直接將異物從接觸網(wǎng)上移走。

（2）對于體積較大的異物，作業(yè)人員需要采用專用梯車將異物從接觸網(wǎng)上移走。

（3）對于體積特別大、纏繞特別緊的異物，作業(yè)人員需采用接觸網(wǎng)作業(yè)車將異物從接觸網(wǎng)上移走。

（4）對于一些易燃的異物，也可使用接觸網(wǎng)激光異物清除器清除，其基本原理是發(fā)射大功率定向激光燃燒異物。

4 接觸網(wǎng)風致異物安全防護方案

本著以人為本的原則，將作業(yè)人員從單調(diào)繁重的巡視作業(yè)中解脫出來作為重要考量因素，同時要考慮監(jiān)測系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性，兼顧成本因素和安裝調(diào)試的便利性。

（1）加強政策保障。政策保障屬于主動防護和事前防護的范疇，經(jīng)濟成本最低。建議鐵路主管部門和有關地方政府加強政策保障，盡快出臺適用于普速鐵路安全防護的管理辦法，制定操作性強的細化管理規(guī)定，同時加強普法宣貫，使全社會形成人人有責、群防群控的安全防護氛圍。

（2）一般區(qū)域采用視頻圖像和激光對射復合監(jiān)測系統(tǒng)。本著優(yōu)勢互補和取長補短的原則，綜合考慮各種技術監(jiān)測手段的優(yōu)劣后，同時考慮可靠性和成本因素，建議一般區(qū)域采用視頻圖像和激光對射復合監(jiān)測系統(tǒng)。其中終端攝像機宜采用高清長焦攝像機，能大幅降低攝像機的安裝數(shù)量；激光對射監(jiān)測宜采用發(fā)射頻率調(diào)制技術的特定波長激光探測器，可進一步大幅降低誤報率和漏報率。

（3）重點區(qū)域采用物理防護。對于人口密集、周邊環(huán)境復雜的重點區(qū)域，宜采用建設物理隔離屏障的安全防護方式，將接觸網(wǎng)系統(tǒng)與周邊環(huán)境直接隔離開，徹底杜絕風致異物侵入接觸網(wǎng)設備限界，確保接觸網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

5 結束語

通過對各種技術監(jiān)測手段的深入分析，前瞻性地提出“重點區(qū)域采用物理防護，一般區(qū)域采用視頻圖像和激光對射復合監(jiān)測系統(tǒng)”的解決方案，為接觸網(wǎng)風致異物的安全防護提供借鑒。考慮實際應用較少、可供借鑒的試驗數(shù)據(jù)有限，建議有針對性的選擇風致異物高發(fā)線路開展先期試點，對復合監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用效果深入分析，不斷優(yōu)化攝像機和激光探測器布設方案。