高速鐵路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)常見(jiàn)故障與對(duì)策研究

中鐵電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)管理有限公司 北京 100000

一、引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展,使得交通運(yùn)輸設(shè)施不斷完善,其中鐵路運(yùn)輸作為重要的交通方式發(fā)展尤為迅速。1975年我國(guó)第一條電氣化鐵路的建成運(yùn)營(yíng),填補(bǔ)了我國(guó)電氣化鐵路的空白,經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展我國(guó)鐵路的總里程突破了13萬(wàn)公里,預(yù)計(jì)到2020年底,我國(guó)電氣化鐵路的占比將達(dá)到60%以上。因此,電氣化鐵路的發(fā)展與普及將成為鐵路運(yùn)輸與建設(shè)的主體。在電氣化鐵路當(dāng)中,接觸網(wǎng)是為鐵路供電的線路,同時(shí)也是受電弓的運(yùn)行的載體。由于供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)受到外部復(fù)雜的地理環(huán)境與氣候條件的影響,容易發(fā)生突發(fā)性故障。此外對(duì)于長(zhǎng)期服役運(yùn)行的接觸網(wǎng),其與受電弓的接觸與摩擦容易發(fā)生設(shè)備自身的退化等失效故障。當(dāng)供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)給高鐵秩序產(chǎn)生影響,嚴(yán)重情況下會(huì)威脅到高速鐵路的安全運(yùn)行。與普通的供電線路不同,高鐵接觸網(wǎng)主要存在以下兩個(gè)方面的特點(diǎn)。首先,接觸網(wǎng)沿著線路進(jìn)行假設(shè),其系統(tǒng)內(nèi)包含機(jī)械、電氣等復(fù)雜部件,并且由于各個(gè)部件之間的材質(zhì)、性能不同從而導(dǎo)致全生命周期與失效導(dǎo)致的后果存在差異。其次,接觸網(wǎng)是露天假設(shè),直接與外界進(jìn)行接觸,這使得外界環(huán)境因素對(duì)于接觸網(wǎng)的性能產(chǎn)生影響。高速鐵路的安全運(yùn)行對(duì)供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的可靠性提出了更高的要求。因此,需要詳細(xì)分析供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)常見(jiàn)的故障,并制定相應(yīng)的維護(hù)策略,延長(zhǎng)其使用壽命,保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

二、供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)定義與構(gòu)成

接觸網(wǎng)是為電氣化的高速鐵路運(yùn)行提供電能的線路。接觸網(wǎng)作為供電系統(tǒng)的重要組成部分,其運(yùn)行的可靠性直接決定了高速鐵路運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。接觸網(wǎng)由于其供電對(duì)象的特殊性,需要其保證在復(fù)雜條件下可靠運(yùn)行。由于接觸網(wǎng)與受電弓在動(dòng)態(tài)配合上的限制與要求,使得其在運(yùn)行環(huán)境,工作負(fù)荷上與普通的電網(wǎng)有很大不同。從組成上來(lái)看,接觸網(wǎng)一般有支柱、懸掛、定位與支撐裝置構(gòu)成。下面詳細(xì)介紹這幾個(gè)部分的作用。支柱主要負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)的支撐,它要求支撐材料滿足設(shè)定的強(qiáng)度,并且材料具有良好的耐腐蝕性。懸掛是由接觸線、承力索以及其他的連接部件構(gòu)成,主要負(fù)責(zé)將電能順暢地輸送到列車上,其需要具有良好的機(jī)電性能。定位裝置的主要作用是將受接觸網(wǎng)限定在受電弓獲取電能的位置處。

三、供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)常見(jiàn)故障

供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)常見(jiàn)的故障可以分為以下三類,第一類為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸與位置的故障;第二類為電氣系統(tǒng)方面的故障;第三類為絕緣相關(guān)的故障。下面將針對(duì)這三類故障的失效原因進(jìn)行分為,從而為后續(xù)的維護(hù)策略提供依據(jù)。

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸與位置故障。在電氣化列車的運(yùn)行過(guò)程中,列車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)中進(jìn)行取電,具體的接觸網(wǎng)通過(guò)定位裝置將其限制在受電弓中,為受電弓進(jìn)行供電。然而接觸的位置與收到支柱的結(jié)構(gòu)尺寸與位置的影響,當(dāng)支柱位置安裝存在較大偏差,則會(huì)導(dǎo)致受電弓與接觸網(wǎng)直接的配合異常,從而影響列車的供電。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸與位置故障時(shí)容易導(dǎo)致受電弓發(fā)生刮弓等故障,此外還容易導(dǎo)致接觸網(wǎng)的變形、斷裂等。綜合來(lái)看造成此類故障的原因可以歸結(jié)為以下幾類。首先是施工過(guò)程當(dāng)中,支柱的安裝位置存在較大誤差,不滿足施工質(zhì)量要求。其次是接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的零部件的松動(dòng)或者是脫落造成受電弓與接觸網(wǎng)之間的定位不準(zhǔn)確。再次是供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)受到自然災(zāi)害的影響使得其發(fā)生結(jié)構(gòu)尺寸的改變與位置的偏移,從而造成具體的故障。

(2)電氣系統(tǒng)故障。電氣系統(tǒng)的性能直接影響到接觸網(wǎng)的供電性能,其常見(jiàn)的故障有線索的開(kāi)裂或斷開(kāi)設(shè)備線夾處的燒傷。造成這些故障的主要原因歸結(jié)為以下幾類。首先是在電氣系統(tǒng)的施工過(guò)程中未能嚴(yán)格按照要求安裝電線連接夾,導(dǎo)致其長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)。此外不同的帶電懸掛之間存在接觸的不穩(wěn)定容易產(chǎn)生電位差,從而產(chǎn)生電弧燒傷設(shè)備線夾。

(3)絕緣類相關(guān)故障。接觸網(wǎng)的供電方式要求對(duì)地的絕緣要求較高,由于供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)距離地面較近容易發(fā)生絕緣類的故障。其常見(jiàn)故障有接觸網(wǎng)對(duì)地放電,絕緣子閃絡(luò)等。導(dǎo)致這些故障的原因可以歸結(jié)為以下幾類,首先是供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)附近可能存在建筑物、樹(shù)木、鳥(niǎo)巢等導(dǎo)電體從而引發(fā)短路。此外,供電系統(tǒng)周圍的環(huán)境可能存在污染,并且長(zhǎng)期未打掃,導(dǎo)致環(huán)境中存在大量的導(dǎo)電介質(zhì),容易引發(fā)短路。

四、供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)維護(hù)策略

針對(duì)以上供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的故障擬采取以下維護(hù)策略來(lái)提高接觸網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性。

(1)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理,為了避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸以及位置類的故障。在設(shè)計(jì)與安裝初期應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)質(zhì)量管理,提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),從源頭上降低出現(xiàn)故障的幾率。

(2)定期對(duì)供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)以及周圍的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行檢查,對(duì)于存在的隱患問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行反饋并制定科學(xué)合理的策略進(jìn)行隱患的消除。

(3)通過(guò)接觸的運(yùn)行電流或者外部加裝傳感器等措施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)以及周圍環(huán)境的狀態(tài),從而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,并根據(jù)大數(shù)據(jù)建模技術(shù)提前預(yù)測(cè)其故障發(fā)生的時(shí)間從而做好預(yù)測(cè)性維護(hù)。

五、總結(jié)

電氣化高速列車是我國(guó)客運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分,并且隨著科技水平的不斷提高,電氣化與智能化水平將不斷提高。電氣化列車供電系統(tǒng)復(fù)雜且運(yùn)行環(huán)境多變,其接觸網(wǎng)的可靠性對(duì)于整個(gè)列車的安全運(yùn)行直觀重要。對(duì)此,本文詳細(xì)分析了遷移供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的典型故障以及失效原因,并根據(jù)失效原因制定了相應(yīng)的維護(hù)策略,從而提高供電系統(tǒng)以及列車運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。