接觸網永久性接地故障樹分析

摘要：通過對接觸網永久性接地的故障樹分析，查找出能引起接觸網永久性接地故障的所有底事件，并制定防范措施，為設備維護提供參考。

關鍵詞：接觸網;永久性接地故障;故障樹

Abstract：Based on the"Fault Tree Analysis to the permanent"phase-to-ground"faults of overhead line system，find the whole root events which could cause permanent"phase-to-ground"faults，then formulate preventive measures and provide a reference for equipments maintenance.

Key words：Overhead line system;Permanent"phase-to-ground"faults;Fault Tree

0引言

接觸網系統在運行過程中，絕大多數故障都是接地短路故障。接地短路故障分為瞬時性短路故障和永久性短路故障。瞬時性短路一般通過一次重合閘，能使接觸網系統恢復供電，而永久性短路接地是指一次重合閘不成功，需要人員到現場進行搶修才能恢復供電的短路故障^[1]。通過接觸網永久性接地短路故障樹分析，可以讓我們知道哪些事件或者事件的組合可以導致接地故障的發生，進而制定有效的防范措施，防止短路故障的出現，以此提升接觸網系統的可靠性水平。

1 建立接觸網永久性接地故障樹

1.1永久性接地故障分析

故障樹是用來表明系統中的哪些組成部分發生故障或外界事件發生以及它們的組合將會導致系統發生一種給定故障的邏輯圖^[2]。

接觸網系統由支柱及基礎、支持與定位裝置、接觸懸掛及附加懸掛組成。在組成接觸網系統的部件中，支柱及基礎屬于不帶電設備，在正常運行情況下，支柱及基礎的電位為零，所以在接地短路故障中，不存在支柱及基礎接地短路的問題。支持與定位裝置以及接觸懸掛，在正常情況下保持帶電，額定電壓27.5Kv。在附加懸掛中，供電線是接觸網系統中故障多發的部件。所以，總的來看，接觸網系統的永久性接地主要由支持及定位裝置、接觸懸掛、附加懸掛等接地短路引起。并且，由于上述設備在電氣上是導通連成一個整體的，一旦某個設備出現永久性接地短路，必然造成整個接觸網系統的永久性接地短路。

從接觸網系統運行情況看，定位裝置所發生的永久性短路接地故障較少。由于定位裝置離支柱及鋼軌、地面的距離較遠，即便發生零部件脫落等情況，故障情況更多地表現為瞬時短路接地或者打弓等，永久性接地情況比較少見，因此本文在故障樹建立過程中，不再考慮定位裝置接地短路的問題。支持裝置由于僅通過棒式絕緣子直接與支柱相連，一旦絕緣子擊穿或者被外界侵入的異物短接，或者帶電部分與建筑物等絕緣距離不足，就會產生永久性接地故障。同時，如果發生腕臂連接零部件松脫或斷裂，將導致腕臂脫落，也必然導致短路接地，但這種情況在設備運行中極少發生，本文不作考慮因素進行分析。

1.2 建立故障樹

根據上述分析，建立接觸網系統永久性接地短路的故障樹。

從故障樹中可以看出，接觸懸掛、附加懸掛以及支持裝置中任何一個組成單元發生短路，都將導致整個接觸網系統的短路故障。同時，能夠造成上述三個單元短路故障的原因又是多樣的。前文已經對支持裝置接地短路的原因進行了分析，并在故障樹中畫出。下面對接觸懸掛和附加懸掛的接地短路進行分析。

1.3 接觸懸掛接地短路分析

接觸懸掛由接觸線、承力索、吊弦、補償裝置以及與懸掛相連的各種部件組成^[3]。在接觸懸掛的永久性接地短路故障中，接觸線斷線、承力索斷線以及引線、電連接線等接地造成的短路故障占絕大多數。同時，接觸線斷線，承力索斷線以及引線接地短路（注：下文中將開關引線、電連接線、避雷器引線等統稱為引線）等又存在多種故障原因。

（1）承力索斷線

在接觸網系統的日常運營過程中，承力索斷線較為常見，會引起斷線的原因較多，分析如下：

1）外界異物侵入造成接地短路放電，燒斷承力索。

2）在車站咽喉以及錨段關節等處所，當兩支承力索交叉且距離過小，且未加裝等電位線，發生相互間放電，最終燒斷承力索。

3）補償裝置的補償繩斷裂、下錨連接部件斷裂等。

4）旋轉腕臂卡滯后造成承力索張力不均衡，繃斷線索。

5）當兩支承力索相磨或者承力索與腕臂相磨時，加上線索因熱脹冷縮在順線路方向上的來回運動，磨損導致發生斷線。

6）承力索施工遺留硬傷或者雷擊等產生斷股后，未及時發現補強，造成斷線。

（2）接觸線斷線

在接觸網日常運營中，接觸線斷線是較常見的故障，會造成接觸線斷線的原因有很多，且除機車影響外，與承力索斷線原因相近，本文不再贅述。

（3）引線故障

隔離開關引線斷裂、脫落，避雷器引線脫落，電連接線斷裂、脫落以及中心錨節繩的斷裂、脫落都會造接觸網系統的永久性接地短路。由于上述設備發生斷裂或脫落的原因相近，本文只選取開關引線故障進行分析。

造成開關引線斷裂或者脫落的原因如下：

1）引線燒斷：外界異物侵入造成設備接地短路，或者設備線夾連接處緊固不到位，接觸電阻過大，長期發熱燒斷。

2）引線抽脫：由于設備施工過程緊固不到位或者預留弛度過緊等原因，在懸掛熱脹冷縮的作用下，將引線從設備線夾中拉出。

3）引線在安裝過程中出現損傷存在斷股等情況，未及時處置。

1.4 附加懸掛接地短路分析

附加懸掛主要包括供電線、正饋線、回流線以及保護線等。本文主要對供電電線短路故障進行分析。目前高鐵區段使用27.5Kv單芯電纜的比例較高。所以在分析供電線故障過程中，從架空線故障和電纜故障兩個方面進行。

（1）架空線故障

架空線形式的供電線在日常設備運行過程中，發生故障的概率相對較小，原因也較為簡單，主要表現為以下方面：

1）外界異物侵害，發生斷線，包括沿線危樹、鋼塔搭建的鳥巢等;

2）絕緣子污閃或破損，包括雷擊造成絕緣子破損，形成永久性接地。

（2）電纜故障

電纜故障主要表現為電纜頭擊穿、電纜絕緣擊穿等，故障原因主要為：

1）電纜頭制作工藝不到位，電纜頭存在先天缺陷;

2）單芯電纜接地不正確導致電纜頭燒損;

3）電纜敷設過程中，表皮有破損，最終導致絕緣擊穿。

2 故障樹定性分析

前面通過對接觸網系統永久性接地故障產生原因的分析，建立了故障樹。同時，對可能造成系統永久性接地短路的各種原因進行了分析，從分

析中可以看出，所有上述分析出的原因事件中，任何一個單一事件發生，都將導致接觸網系統永久性接地短路故障的出現，即頂事件發生。所以，上述原因事件均為能夠促使頂事件發生的最小割集。見表1。

表1 接觸網系統永久性接地短路為頂事件的最小割集

接觸網系統單元

支持裝置

接觸懸掛

附加懸掛

最小割集

棒式絕緣子破損，棒式絕緣子污閃，帶電體絕緣距離不足放電，外界異物侵入導致接地短路

外界異物侵入燒斷線、索，線索間缺等位線燒斷，張力不均繃斷線、索，線索（管）距離不足，且沒有防護措施磨斷線索，承力索有斷股等損傷，接觸線磨耗過度或有損傷，墜砣卡滯繃斷線、索，補償繩磨斷，補償繩終端抽脫，下錨連接部件斷裂，引線線夾緊固不到位，引線弛度過小，引線存在斷股，絕緣子擊穿

外界異物侵入燒斷架空線，絕緣子污閃或破損，電纜接地不正確，電纜頭施工質量不佳

3 制定防范措施

根據上節所列能引起接觸網系統永久性接地短路故障的底事件，制定相應的檢查防范措施，由于篇幅原因，本文中只列舉出支持裝置短路故障的防范措施，見表2。

表2" 支持裝置短路故障防范措施

序號

底事件描述

維護措施

1

棒式絕緣子破損擊穿

1、做好棒式絕緣子日常檢查，及時發現、整治破損等情況;

2、雷擊跳閘后，及時更換有破損的絕緣子。

2

棒式絕緣子污閃擊穿

1、認真排摸管內重污區段分布情況;

2、嚴格依照絕緣清掃周期做好絕緣清潔工作。

3

帶電體絕緣距離不足放電

1、排查管內是否存在支持裝置帶電體與建筑物不足500mm的情況;

2、及時整治絕緣距離不足的處所。

4 結論

本文以接觸網系統永久性接地短路故障分析為主線，依靠系統可靠性理論中故障樹分析的有關方法，對產生接觸網系統永久性短路接地故障的各種原因進行了分析，并建立了故障樹。同時，根據故障樹定性分析方法，查找出能夠使接觸網系統出現永久性接地短路故障的所有最小割集。最后為防范永久性接地故障的發生，制定了相應的防范措施，對接觸網系統的日常巡檢和故障搶修具有指導意義。

參考文獻：

[1]羅松松.接觸網系統可靠性與維修性研究[D].成都：西南交通大學碩士學位論文，2008.

[2]曾聲奎.系統可靠性設計分析教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

[3]董昭德.接觸網[M].北京：中國鐵道出版社，2010.