鐵路電氣建設中的接觸網設備運行研究

辜毓星

摘 要：鐵路電氣化接觸網設備是一種為電力機車提供電能的特殊供電線路及設備。鐵路電氣化建設中接觸網技術的發展和應用不僅給設備運行提供了安全保障，同時有效提高了電氣化鐵路運輸效率。電氣化鐵路具有高效率、低成本、低污染等特點，它進一步促進了我國電氣化鐵路接觸網的建設發展。本文簡單闡述了鐵路電氣化建設中接觸網設備運行的特點，分析了可能造成電氣燒傷原因，并在此基礎上針對故障防控展開研究。旨在完善鐵路電氣建設中的接觸網設備安裝運行，提升使用安全性。

關鍵詞：鐵路電氣化建設；接觸網；設備運行

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A

隨著我國高新技術的不斷發展，電氣化設備得到了廣泛應用。在鐵路電氣化建設中，電氣化接觸網隨之出現并取得了長足發展。接觸網的幾項基本構建如下：①基礎構件——包含如鋼柱、水泥支柱，以及支撐這些結構物的基性構建；②基礎安裝結構件??——包含所有安裝必須構建，其作用在于連接接觸網導線和基礎；③接觸網導線?——導線的作用在于將電流通過受電弓傳輸給電力機車；④其他輔助構件——包括附加懸掛、回流線等。接觸網、鋼軌與大地、回流線構成電氣化牽引網回路。它具有低能耗、運行效率高、清潔環保等優點。然而在列車的實際運行過程中，存在接觸網與列車運行設備之間摩擦阻力大的現象，因為列車電氣化接觸網設備需要通過電與力的相互作用才能正常運行，此時電氣設備摩擦生熱和機械磨損現象比較突出，有可能在運行過程中發生安全事故。

一、鐵路建設中接觸網設備運行特點

（一）同鐵路內外各部門關系密切

1 同工務關系

接觸網是嚴格按照軌道面高程和中心線相對位置進行布設的，具體到接觸網參數，為軌道面和接觸線之間的垂直距離簡稱接觸網導高、軌道線路中心距離接觸支柱的距離簡稱支柱側面限界、軌道線路中心距接觸網導線的水平距離簡稱接觸網拉出值。因此，接觸網技術狀態會因線路狀態的變化為發生相應改變。除此外，跨線橋梁、隧道漏水、高空拋落物等也將造成接觸網燒傷、損壞。

2 同電力機車關系

電力機車可通過機車受電弓與接觸網接觸直接獲取電能。通常引發其跳閘停電和網絡故障的原因主要是車頂絕緣不良、弓網關系接觸不良、機車不規范操作等。接觸網與電力機車間不穩定的狀態，不僅可能引發跳閘停電現象，嚴重者甚至會燒斷承力索或導線。

3 同車務關系

列車運行線路徑路如果出現問題，則可能導致電力機車進入接觸網無電區或無網區，進而引發跳閘停電、弓網損壞等事故。

4 同運輸關系

在鐵路運輸過程中，可能會出現貨物捆綁不良、貨物高度控制不到位等現象，這樣在運行中可能會導致導致貨物脫落、翹起、與接觸網絕緣距離不夠，短接接觸網；貨物捆綁、篷布、覆蓋貨物的繩索運行中纏繞接觸網，這些因素都有可能造成接觸網設備出現故障和跳閘停電事故。

5 同電力系統之間關系

牽引變電所的運行狀態直接受到電力系統的影響，它是國家電網負荷之一。如在運行過程中外電源出現電壓質量差、系統故障停電等都將進一步表現為接觸網網壓的變化，甚至無電等，進而導致電力機車低壓運行動力不足、甚至停車等情況。同時，在地方電力線路在同接觸網交叉跨越處，地方電力線路因故障斷線而搭接于接觸網上引發接觸網故障情況也時有發生。

（二）接觸網運行設備條件相對苛刻

接觸網主要以沿鐵路線路布置的輸電線路，它是一種布置特殊的輸電線路，而且其在露天布置沒有備用，運行條件、環境比較苛刻。電力機車運行能源全部由接觸網提供，如果接觸網運行狀態不良，將直接影響機車運行。

從力學角度講，接觸網也是一個大張力的復雜力學結構，其零部件使用比較頻繁，長期承受一定拉應力及震動，這就要求接觸網零部件的生產工藝和材質要求高。因此，因接觸網零部件引發的故障時有發生。

（三）檢修比較困難

接觸網檢修時需封鎖線路占用站場或區間作業，且需相應供電臂停電。鐵路運輸比較緊張，要滿足以上兩個條件的接觸網檢修“天窗”時間通常都比較短。要在有限的設備檢修時間內完成對接觸網狀態的全部檢修工作任務十分艱巨、困難較大。

鐵路布置往往在遠離城區、村莊較偏遠的地區，交通相對不便，接觸網檢修通常采用軌行車輛作為交通工具，但軌行車輛的運行必須得到鐵路相關部分批準并在接觸網檢修“天窗”內才能運行，軌行車輛的運行時間占據了接觸網檢修時間的三分之一以上，大大縮短了接觸網有效檢修時間，進一步加大了接觸網設備的維護難度。

同時，接觸網設備全部安裝在露天，檢修時經常會遇到大雨、大霧、大風、冰雹等極端天氣情況，進一步加大了檢修難度，降低了檢修效率。

（四）易受外界環境影響

電氣化鐵路額定牽引供電電壓為27.5kV，因此，其具有嚴格的安全距離和絕緣強度要求。但在隧道口、上跨橋、城市人口密集區等地區因雜物以及大風、雷雨等天氣因素都有可能造成接觸網設備的損壞、跳閘停電；從設備運行經驗來看，每年事故多發期都是在大風、雷雨等自然災害多發的季節及人口密集區段。因此，接觸網設備狀態的好壞易收外界環境影響。

二、接觸網電氣燒傷原因

電力機車需要通過接觸網向其輸送電能才能正常運行，其中隔離開關、饋電線、接觸線、開關引線和電聯接線等組成了起導電作用的回路，即所謂的主導電回路。該回路通過基礎安裝結構件沿鐵路布設，從而滿足機車供電需求。在這一過程中，主導電回路必須保持良好工作狀態，否則容易造成電流阻塞。引發主導電回路故障的主要原因有氣候因素、回路電氣接觸不良或設備長時間運行松動等造成的接觸網設備磨損、腐蝕，從而加大了接觸網電氣連接阻抗。如果接線出現錯誤，則會導致主導電回路中某處截面面積減少，相應的電阻抗會所有增加，致使回路阻塞，局部溫度急劇上升而使接觸網中某一點燒損，造成是事故。

設計中有些部件，如吊弦、承力索等，他們相互之間的連接以及同主導電回路中間的連接結構上同主導電回路一樣，都處于帶電部分，當主導電回路不暢時，可能會出現分流過大的現象，若分流電流超出其允許限度就會造成接觸網燒損事故。

三、電氣化鐵路接觸網故障防治措施

接觸網是整個供電系統建設的核心部分，它是鐵路電力機車正常運行的重要保障；接觸網的運行狀況時刻在發生復雜的變化，機車在運行過程中所產生的劇烈震蕩會對其產生不良影響，此外，接觸網會受外環境影響較大，如溫度、氣候等。針對這些客觀存在的問題，電氣化鐵路接觸網發生故障時的防治措施如下：

（一）改良接觸網連接方式

接觸網的設計、施工和運行不是一個短期能實現的事情，應該結合實際情況從長遠角度出發給予充分重視和考慮。具體在接觸網選材上要反復比對，科學選用；進行接觸網轉折點、斷線點的布設時，可在反復試驗驗證的基礎上進行考擦論證。機車在運行時，外部溫差變化較大，會使接觸網剪切作用力不斷增大，極易發生接觸網折斷現象。鑒于此，接觸網施工時應預留一定的裕度，同時應充分考慮機車運行時接觸網動態變化因素。

（二）改進機車設備，減小摩擦阻力

為保障電力機車的正常運行，降低接觸網發生故障的幾率，除了采用適用精細的施工工藝外，還應采取措施改進機車設備，降低其摩擦阻力。摩擦力的存在時必然的，但若摩擦力過大，可能造成機車運行速度受到影響，相互之間擠壓力度上升，相對更容易出現接觸網故障產生率。大量實踐研究表明，對機車受電模式進行適當的調整，可以獲得有效降低設備機械摩擦阻力的效果，進而降低了因摩擦而產生的熱量值，減少了不必要的損耗。

（三）接觸網電力燒傷監測

如果接觸網設備某電氣連接處性能降低，流經此處的電流會造成溫度的持續升高。判定電氣聯接性能的方法之一是測溫方法。在接觸網帶點運行過程中，可采用遠紅外線測溫裝置進行溫度監測，但該儀器在實際應用中存在一定困難，因為這種裝置在測溫時受距離、導體表面光潔度和周圍環境等因素影響較大，操作時不易掌握。為避免這種情況，也可在被測設備重要部位貼上示溫元件，這種元件通常都采用特殊材料制成，對不同溫度可感應出不同顏色，對不同金屬設備可采用不同溫度值作為管理值。通過定期觀察示溫元件，即可檢測接觸設備電流是否過負載。

結語

在電氣化鐵道中，接觸網是沿著鋼軌架設的，呈“Z”字形布置，供受電弓取流的高壓輸電線，屬于主構架，起到重要作用。作為提供電力機車電力能量的輸電線路，接觸網由多部分組成，例如定位裝置、支持裝置、接觸懸掛以及支柱等。

根據本文分析，電氣化鐵路接觸網是一種高效率、低成本和低能耗的運行方式，它給我國鐵路運輸行業帶來了新的發展契機，使我國鐵路系統建設事業又向前推進了一步。因此，還需要對電氣化鐵路接觸網設計、施工進行有效優化和改進。同時，在接觸網設備運行過程中，應在了解和掌握引發接觸網燒損故障的基礎上，采用合理可靠的連接方式，借助現代化高科技研究成果，加強對關鍵部位的監測，減少電氣燒傷故障，從而保障接觸網設備安全運行。

參考文獻

[1]許龍.基于設備維修策略的接觸網管理信息系統的研究[D].西南交通大學，2013.

[2]張惠啟.電氣化鐵路接觸網運行安全管理[A].2012年鐵路技師論文集（安全專輯）[C].2013.

[3]馬時達.牽引供電中接觸網設備電氣燒傷及防治措施淺析[J].上海鐵道科技，2008（02）：45-46.

[4]阮杰.電氣化高速鐵路接觸網與受電弓動態性能研究[D].武漢理工大學，2013.