重载铁路接触网故障分析及防护措施.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 09 日 作者简介：陈新方（1987），男，汉族，陕西富平人，中共党员，助理工程师，研究方向为电气工程及其自动化。-115-重载铁路接触网故障分析及防护措施 陈新方 中铁建电气化局集团第三公司有限公司，陕西 富平 711799 摘要：摘要：随着国民经济的快速发展，重载铁路在我国铁路体系中所占据的比重也日益增大。重载铁路接触网通常围绕整体铁路的牵引供电系统加以设计应用，若发生故障，如受电弓故障、绝缘故障、电气联结故障、雷害故障、鸟害故障等，会直接影响到重载铁路列车行车安全。基于此，相关技术人员应善于分析重载铁路接触网故障特点及形成原因，针对性制定科学的优化策略，从根本上保障重载铁路运行水平。关键词：关键词：重载铁路；接触网；故障；防护措施 中图分类号：中图分类号：U226 0 引言 近年来，随着国民经济的快速发展，人民日常生活水平逐渐提高，在铁路运输方面，如重载铁路运输，其需求也日益增大。作为一种高耗能的交通方式，同时也作为复杂的整体结构，铁路系统通常由很多部分共同组成，包括各类设施设备、工艺装备，而无论是哪一部分出现故障，都会对整体的铁路运行安全与稳定性产生直接影响1。接触网故障属于重载铁路系统运行过程中较为常见的故障类型，此时，为了从根本上保障重载铁路运输服务质量，也为了进一步提升铁路交通运输管理水平，铁路部门应适当加大在接触网防护工作中的资本投入，总结铁路接触网发生故障的原因并制定有效的防范对策，尽可能减少接触网出现故障的概率，有效提升重载铁路运行稳定性，进而推动我国铁路运输事业稳步发展。1 重载铁路与接触网的概念分析 重载铁路属于货运铁路中的一种特殊铁路，主要用于大型货物运输，在运行功率、车辆载重方面都有着更高的要求。如同为六轴列车行驶铁路，正常铁路功率通常为 7200kW，重载铁路功率可达 14000kW，比正常铁路功率约高出一倍。现如今，我国已初步建成了重载铁路运输网络，可供大部分地区开展大型货物运输，其中，最为著名的重载铁路为包神-神朔-朔黄铁路、大秦铁路、蒙华铁路。接触网是重载铁路系统的关键组成部分，是持续为重载铁路列车提供运输动力的核心所在，若没有接触网，重载铁路将难以运输大型货物，如矿石、煤炭等重要资源，从而直接影响到人们的日常生产与生活。从接触网组成方面来看，其整体可视为柔性架空接触网，接触网中涵括了接触悬挂、支持与定位、支柱与支柱基础及其他相关电气辅助设备2。其中，接触悬挂式各类安装于支持与定位装置上的各类结构，如吊弦、接触线、线夹、承力索等，其作用在于为机车持续提供电力；支持装置包括软横跨结构与腕臂结构，其作用则在于将所承受的负荷传递至支柱或者周围建筑上；定位装置是负责接触网拉出值定位的装置，在定位装置作用下，受电弓则能够时刻具备良好的受流条件；支柱与支柱基础顾名思义就是承受接触网相关设备机械负荷的构件，其作用在于确保接触网整体结构能够处于相对稳定的状态；而其他电器辅助设备则是指共同辅助接触网正常运转的设备，如附加导线、接地设备、防雷设备、回流设备等。不难发现，重载铁路接触网系统组成相对复杂，而无论哪一环节出现问题，都会导致接触网故障发生，进而影响铁路运输的安全性与稳定性。2 重载铁路接触网常见故障及防护措施 2.1 受电弓故障及防护 受电弓是重要的电气设备，主要负责电力连接与传输工作。常见的受电弓故障主要包括如下几种类型：无法升弓和降弓。出现该种故障可能是由于受电弓按钮和故障开关损坏、BHF 接线发生松弛、门联锁顶杆没有到达要求的位置、升弓弹簧失去弹性或损坏或者产生的风压太低等原因所致。为解决这一故障，技术人员应当立即检查受电弓损坏情况，记录下发生刮弓的实际位置。更换新的受电弓后要确保控制电柜上的中国科技期刊数据库 工业 A-116-每个电器开关都处于规定位置，其中，升弓气路风压应当保持600kpa的规定标准值。受电弓升起后放电。由于列车车顶部分部件为导体，受电弓升起后放电很大可能也是因为这些导体接触了带电的物体后放电所致。又或者是在雨雪天气条件下，雨水、雾水与导体产生了放电作用。另外，部分列车车顶可能安装了支持瓷瓶，如若瓷瓶炸裂，也会引发放电。针对具体情况，技术人员要先判断放电原因，如若因导电所致，此时将受电弓降下，断电后重新接好地线即可；如若因瓷瓶炸裂所致，则可以拆除掉导电杆软连线，之后可依靠受电弓另一端维持列车运行。滑板条损耗。受电弓滑板磨损严重，滑板与接触线之间造成了一定程度的磨损。这种磨损可以分为电气磨损与机械磨损，前者因滑板条自身长期暴力在空气之中，其表面受到较大污染，故而与受电弓滑板接触初期会因接触不良产生加大电火花，并加剧滑板条损耗；后者则是因为新接触线的底部是带有弧度的，并且接触线表面不是很光滑，接触一段时间过后，新滑板线路会被快速磨耗3。为了保证受电弓碳滑板与接触网的高度匹配，在应对滑板条损耗故障问题中，技术人员应注意将正线接触网均匀分布，关注受电弓升弓的保持力与升弓高度，不管碳滑板的磨损程度是否均匀，都要确保它与接触网能配合良好，不出现间隙超限的情况。受电弓受流时拉弧。因控制车顶的管道发生了损坏，出现漏气或者因部分接头部位接触不良而导致漏气引发。为解决这一故障，技术人员可以参考规定的数值来调整调压阀压力值，针对调压阀损坏的情况，则可以先采用辅助压缩机维持运行，后续进行调压阀拆除更换处理。另外，也可以先进行降低受电弓处理，待过一段时间后再次升弓看是否排除故障。2.2 绝缘故障及防护 绝缘故障主要表现为在接触网带电区域出现了相应的接触主体放电现象，若放电情况持续时间较长，则可能直接击穿绝缘配件。从原因上分析，发生这一故障主要是受到重载铁路周边环境因素影响。如绝缘体外部区域的导电介质数量不断增长，后期技术维修人员过度清理，那么周边环境污染有可能直接侵入到绝缘配件内部。另外，在接触网的实际运行期间，因其长时间与列车保持相互连接的状态，此时接触网表面区域也有可能形成碳粉环境，更容易导致漏电问题出现而击穿绝缘体。在恶劣天气条件下，被击穿的绝缘器内部出现闪络，轻则引发接触网跳闸，重则会使得分段绝缘器直接被烧毁，影响列车的稳定运行。针对绝缘故障问题，技术人员应当善于根据不同的环境条件将这一故障划分为显性故障与隐性故障，结合绝缘器呈现出的反应状态适当加强接触网巡检力度，收集绝缘器取流数据信息，按照相关管理程序进行针对性参数调整，并且依照实际运行需求，做好接触网后续清扫与维护工作，注意采取科学检修策略，定期清除线索、绝缘装置、螺栓垫片等部件的表面污渍或者导电物体，对松动的零部件进行紧固处理，减少故障隐患，以保无虞4。另外，针对外界气候因素相对复杂的区域，在更换零部件方面，技术人员可以适当提高更换频率。针对容易出现非正常过流现象的导线，则可以通过额外设定稳定点连接来保障具体设备的正常运行。2.3 电气联结故障及防护 在重载铁路接触网的实际运行中，因牵引供电系统出现一定程度波动会使得实际牵引运能不断增加。此时，不仅会使接触网设备快速老化，也可能导致相应电气联结故障发生，进而出现电气烧伤情况5。为预防该类问题出现而影响接触网运行质量及供电效率，技术人员应关注接触网电压合理调整工作，若在接触网运行过程中出现了较大的电压差情况，那么则意味着系统运行时可能会出现电弧，从而导致电气设备发生故障。此时，则可以借助电容补偿系统来切实提高线路的适应能力，科学调整好接触网电压值，在满足其运行实际需求的同时防范意外事故发生。正确地掌握电气设备在各个阶段的安装、连接状况，重点解决好与电气联结相关的历史遗留问题，及时地察觉接触网在铁路运行中所存在的质量隐患，特别是对于部分老旧、破损设备以及容易出现电气故障的部位，应加强检查维护，通过完善检修维护体系确保铁路系统的安全稳定运行。考虑到电气联结故障发生之前往往会出现较为明显的征兆，如拉出值异常提升，此时，技术人员也可以配备切实有效的监测技术，在接触网不同位置设立好状态监测点，用于第一时间捕获异常数据信息，从而在电气联结故障发生之前，就解决好异常问题6。中国科技期刊数据库 工业 A-117-2.4 雷害故障及防护 雷电是自然天气现象，具有一定的季节性，故而雷害故障多发生于每年的 5 月-9 月期间，不同地形地貌特征会对雷电活动效应产生一定的影响，在接触网雷害故障方面，则主要表现为高架桥上的接触网线路受雷击次数较高，隧道、山体区域的接触网设备受到雷击的概率较低。一般情况下，接触网雷害故障主要分为直接雷害与间接雷害两种，前者是指雷电直接击中接触网而导致直击雷经过电压，引发故障；后者则是雷电袭击接触网周围地面或物体，但接触网受到电磁感应作用影响而造成感应雷过电压，引发故障。根据雷击强度的不同，接触网所受到的影响也会存在一定差异，不过从整体角度上看，雷害发生通常会导致变电防护故障情况出现，且自动跳闸接触网的绝缘部件，其机械性能也会因为受到高强度雷击的影响而出现失调或直接被破坏的情况，最终导致接触网线路丧失掉供电职能。针对接触网雷害故障，技术人员要详细记录重载铁路线路区域范围内的雷电活动情况，针对性制定相应的接触网雷害保护措施，如在吸流变压器区域、雷电高爆发区域安装避雷器，在符合相应设备安装规范条件下针对性设置避雷线，打造科学避雷线路，提高接触网扛雷击水平7。考虑到尽管避雷器能够起到相应的绝缘防护作用，但无法降低跳闸率的现状，在避雷器类型选择上，技术人员应针对实际的接触网运行环境、条件及需求尽可能选择无间隙氧化锌避雷器，安装时行并联线路，一方面有效地避免了雷害发生时因雷电影响而形成的高阻抗作用，有效缓解地面续流现象；另一方面也能够发挥出无间隙避雷装置在实际运行过程中所需时间较短且能够在设备内部形成良好循环的有效防雷保护优势。另外，在接触网绝缘子端口处同样可以设置并联结构，以此降低接触网雷害程度。2.5 鸟害故障及防护 自然界鸟类活动也有可能对重载铁路接触网造成一定的安全隐患。在部分地区，鸟类会选择在接触网中搭建巢穴，这是由于接触网内部结构形式、其所处的地理位置往往十分符合鸟类筑巢的基本需求，如设备底座区域、避雷器安装区域、横梁接触区域等特别受到鸟类“青睐”，特别是在每年春季，鸟类繁殖高峰期，处于地理位置开阔的接触网区域会成为鸟类筑巢的重点区域。而它们搭建巢穴时所使用的铁丝、树枝等材料，会直接缩小接触网带电区域与接地区域之间的距离，此时，鸟类巢穴则十分容易在接触接触网时导致其出现短路、闪络、跳闸停电的情况，直接影响到接触网的运行安全及稳定性。要想在重载铁路接触网运行监管工作中预防鸟类问题所导致的故障情况，有关技术人员则应当提升对于这类问题的认识程度，定期开展接触网结构排查，重点排查鸟类筑巢的偏好区域。当发现鸟类搭窝，应当及时地清理掉鸟窝，对于部分鸟窝高频发位置，还可以适当地引进高清成像技术，实时地、动态化地观察有无鸟类巢穴出现，从而进行鸟害故障的动态化防治。另外，在鸟类筑巢区还可以加装驱鸟器、防鸟网等设备，通过应用驱鸟器来防止技术人员清理鸟窝后，鸟类到相邻的区域再次筑巢；而通过安装防鸟网，则可以凭借绝缘、整体式的网状分布结构来起到重点区域，如避雷器、隔离开关区域的封堵保护作用。3 总结 重载铁路接触网处于露天安装状态之下，其各部件、相关设施设备都容易受到周边气候因素、水文条件以及生物活动的影响而出现相应的故障情况，影响重载铁路列车的安全稳定运行。基于此，铁路部门有关技术人员、管理人员要善于分析总结接触网常见故障类型及其发生原因，引入优秀工作经验与先进技术手段来制定出科学化的处理防护策略，尽可能降低接触网故障影响范围，打造优良的重载铁路运行环境，来保证行车的安全性、可靠性，最终提高我国铁路运输的整体水平。参考文献 1吴静.重载铁路接触网的日常维护及检修技术J.电力系统装备,2021(16):98-99.2卫明博.重载铁路接触网的零部件振动防松方法分析J.制造业自动化,2019,41(8):3.3寇振宇.高铁接触网常见故障和问题分析及其应对方法J.数码设计(下),2019(08):119.中国科技期刊数据库 工业 A-118-4翟延涛,王鑫,卫永刚,等.非接触式牵引供电线路故障定位系统研究J.机车电传动,2021(04):7.5鲁浩龙.浅析电气化铁路接触网故障原因及防范措施J.中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2021(05):2.6李传军.探析电气化铁路接触网日常维修及管理J.读天下:综合,2021(11):1.7张明元.电气化铁路接触网故障原因及其防护措施试析J.中文科技期刊数据库(引文版)工程技术,2022(1):3.