鐵路電氣建設(shè)中的接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行研究

朱立國(guó)，李政

（中交機(jī)電工程局有限公司，北京 100088）

中國(guó)鐵路憑借過(guò)硬的技術(shù)和成熟的運(yùn)營(yíng)管理模式，走出去的步伐不斷加快，是推動(dòng)“一帶一路”建設(shè)的排頭軍。鐵路接觸網(wǎng)沿鐵路線(xiàn)上空布置，為電力機(jī)車(chē)提供動(dòng)力，對(duì)鐵路的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。隨著我國(guó)電氣化鐵路的快速發(fā)展，鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。

1 鐵路接觸網(wǎng)的主要設(shè)備

鐵路接觸網(wǎng)由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置和支柱與基礎(chǔ)4部分組成。

接觸懸掛包括吊弦、承力索、接觸線(xiàn)和連接零件，它在鐵路接觸網(wǎng)中扮演的“角色”是把從牽引變電所獲得的電能輸送到電力機(jī)車(chē)，常用的接觸懸掛又分為簡(jiǎn)單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩種類(lèi)型。機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)，受電弓頂部的滑板與接觸線(xiàn)緊緊相貼而產(chǎn)生的摩擦取電。

支持裝置的作用在于將接觸懸掛負(fù)荷傳給支柱及其它懸掛設(shè)備。對(duì)支持裝置結(jié)構(gòu)的要求在于，要有足夠大的機(jī)械強(qiáng)度，以保障其承受能力和使用壽命。

基礎(chǔ)定位一般會(huì)采用3種方法，即反定位、軟定位和雙定位。軟定位用于小半徑曲線(xiàn)外側(cè)的支柱上，一般采用管道定位器將兩股鍍鋅鐵線(xiàn)擰成的“軟尾巴”固定在絕緣腕臂之上的定位環(huán)中。但是軟定位的承受范圍只限制于拉力，但不能承受壓力。而雙定位的基礎(chǔ)定位方式一般用于錨段關(guān)節(jié)中的轉(zhuǎn)換柱、站場(chǎng)線(xiàn)岔處的道岔柱、軟橫跨或者中心柱及特殊支柱中的定位。軟橫跨即多股道站場(chǎng)接觸懸掛的橫向支持設(shè)備；硬橫跨是指固定在電氣化線(xiàn)路兩側(cè)支柱上硬橫梁上的支持設(shè)備。

避雷器與隔離開(kāi)關(guān)同底座安裝，不宜單獨(dú)設(shè)置引線(xiàn)，以減少電連接故障點(diǎn)，且所有引線(xiàn)宜采用二次加固措施；隔離開(kāi)關(guān)宜采用上下開(kāi)合式，防止刀閘開(kāi)合存在的問(wèn)題；強(qiáng)風(fēng)地區(qū)的戶(hù)外操作機(jī)構(gòu)箱及端子箱宜采用雙層防寒、防沙箱體，并在箱內(nèi)安裝智能型加熱器；接觸網(wǎng)終點(diǎn)標(biāo)、作業(yè)標(biāo)、斷合標(biāo)均宜設(shè)在地面，并采取加固措施。

支持結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響很大，提高支持結(jié)構(gòu)的剛度可以獲得良好的穩(wěn)定性能，減免屈曲破壞；應(yīng)結(jié)合國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的防風(fēng)型整體式腕臂結(jié)構(gòu)，可有效應(yīng)對(duì)零部件之間因公差配合、溫差變化、應(yīng)力變化、零件滑動(dòng)等引發(fā)的問(wèn)題，使其更適應(yīng)強(qiáng)風(fēng)區(qū)的環(huán)境。

2 鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)

在鐵路接觸網(wǎng)的安裝階段，通常使用靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)，主要是對(duì)接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)以及結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)，從而控制接觸網(wǎng)的拉出值以及導(dǎo)線(xiàn)高度。具備自動(dòng)定位功能的無(wú)人車(chē)，在接觸網(wǎng)立柱位置自動(dòng)停車(chē)，利用車(chē)上搭載的檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)檢測(cè)。

無(wú)人車(chē)的動(dòng)力源為1個(gè)48V30Ah的可充電鋰電池。從性能要求以及工作環(huán)境上選擇直流伺服電機(jī)作為無(wú)人車(chē)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選擇ARK-1550嵌入式工控機(jī)作為控制系統(tǒng)上位機(jī)。從輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)、性能要求、成本、可靠性以及留有富余量等角度考慮，選擇歐姆龍CP1H系列PLC。選擇?？低暤墓I(yè)相機(jī)，其用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)放，其性能也滿(mǎn)足需求。以PLC為下位機(jī)的主要內(nèi)容包括：無(wú)人車(chē)在鐵軌出現(xiàn)故障致使電機(jī)異常時(shí)，報(bào)警信號(hào)由PLC傳至上位機(jī)。

上位機(jī)通過(guò)GPS模塊將無(wú)人車(chē)的位置信息通過(guò)短信功能發(fā)送到工作人員，工作人員及時(shí)前去處理，可以手動(dòng)控制電機(jī)按設(shè)定速度和設(shè)定位置運(yùn)動(dòng)。在手動(dòng)調(diào)整過(guò)程中可以檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精度，對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行調(diào)整。主要是將運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作信息發(fā)送到上位機(jī)，接收上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的運(yùn)動(dòng)指令，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制。以工控機(jī)為上位機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括：（1）人機(jī)界面模塊。主要包括手動(dòng)調(diào)整界面和自動(dòng)運(yùn)行界面。人機(jī)界面可以對(duì)無(wú)人車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。

（2）串口通訊模塊。選擇通訊方式，按照定制的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)間命令、狀態(tài)和信息的傳遞。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換頻率高，所以通訊逾時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率有著重要影響，在保證正常通訊的條件下，提高通訊波特率，可減小通訊逾時(shí)。

2.2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測(cè)

聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測(cè)能夠完成對(duì)鐵路接觸網(wǎng)的系統(tǒng)檢測(cè)，檢測(cè)具有較強(qiáng)的整體性，能夠?qū)?dòng)車(chē)組的運(yùn)行平穩(wěn)程度以及安全性能等方面的情況進(jìn)行檢測(cè)。此外，還能檢測(cè)接觸網(wǎng)和牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性能力。在使用該技術(shù)的過(guò)程中，要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備選用以及接觸網(wǎng)的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定的要求，同時(shí)還需要對(duì)橋梁、路基等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，從而確保接觸網(wǎng)的安全性。對(duì)于接觸網(wǎng)全線(xiàn)中的子系統(tǒng)而言，比如配合子系統(tǒng)以及運(yùn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，能夠?qū)ο嚓P(guān)工作進(jìn)行很好地調(diào)試與檢測(cè)，從而有效避免接觸網(wǎng)中存在的故障。

2.3 動(dòng)態(tài)檢測(cè)

動(dòng)態(tài)檢測(cè)通常在下載安裝完鐵路接觸網(wǎng)后才能使用，通過(guò)多鐵路接觸網(wǎng)的具體情況進(jìn)行檢查，能夠?qū)ζ涞退賱?dòng)態(tài)功能進(jìn)行檢測(cè)。在執(zhí)行檢測(cè)工作的過(guò)程中，通常會(huì)使用到熱滑試驗(yàn)法，在空載運(yùn)行狀態(tài)正常之后，就可以執(zhí)行弓網(wǎng)以及接觸網(wǎng)的檢測(cè)工作，并且需要對(duì)高速鐵路車(chē)輛運(yùn)行后鐵路網(wǎng)的拉弧情況進(jìn)行檢測(cè)。該項(xiàng)技術(shù)的使用，可以檢測(cè)受電弓的加速度、視頻記錄以及離線(xiàn)率數(shù)據(jù)等，對(duì)維護(hù)鐵路接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。

3 運(yùn)行管理及故障防護(hù)

3.1 運(yùn)行管理

接觸網(wǎng)的運(yùn)行管理要堅(jiān)持“三定”，即定設(shè)備、定班組、定檢修周期和檢修范圍，定修周期和范圍即根據(jù)設(shè)備種類(lèi)和檢修難度的不同確定其檢修范圍和周期，以保障接觸網(wǎng)的正常運(yùn)行。定設(shè)備即把根據(jù)工種的不同劃分電氣設(shè)備的管理范圍，防止出現(xiàn)漏檢漏修的現(xiàn)象與影響接觸網(wǎng)的正常運(yùn)行。定班組即把保管、維修和檢修各種設(shè)備的責(zé)任落實(shí)到具體的班組和個(gè)人，分工明確，加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備的有效管理，延長(zhǎng)接觸網(wǎng)設(shè)備的使用壽命。“四化”即質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、作業(yè)制度化、檢測(cè)手段現(xiàn)代化和檢修工藝化。在“四化”中，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化是最重要的要求，技術(shù)要求上精檢細(xì)修，檢修效果必須達(dá)到統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)可以在各行各業(yè)中發(fā)揮作用，檢修工具和工藝應(yīng)不斷更新，著眼于本行業(yè)中先進(jìn)科學(xué)的檢修技術(shù)和檢修工具。

3.2 故障防護(hù)

（1）線(xiàn)索調(diào)整。接觸網(wǎng)線(xiàn)索的調(diào)整要充分思考外部環(huán)境與溫度的改變，要絕對(duì)確保絕緣物體可以承受必然區(qū)域內(nèi)溫差的改變，對(duì)于鐵路四周的建筑物、植物或者是動(dòng)物，只要對(duì)鐵路會(huì)形成影響的因素都一定要清除，也要嚴(yán)禁動(dòng)物靠近。定期測(cè)量接觸網(wǎng)的定位點(diǎn)，避免拉出值太大和定位器坡度太小導(dǎo)致故障。由于受到風(fēng)力、溫度、懸掛晃動(dòng)或技術(shù)人員工作水平等原因的影響，容易在實(shí)際的接觸導(dǎo)線(xiàn)高度測(cè)量桿測(cè)量時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤差，關(guān)系到準(zhǔn)確度，測(cè)量工具的精確度，對(duì)接觸網(wǎng)的影響非常大。

（2）雷擊故障。對(duì)于雷擊的考慮，在設(shè)計(jì)方面要針對(duì)當(dāng)?shù)氐哪昃妆┤?，合理增加重雷區(qū)的絕緣子絕緣爬距，必要時(shí)，避雷器的數(shù)量或者在重雷區(qū)增加架設(shè)避雷線(xiàn)。還有就是把接入綜合接地體系的PW線(xiàn)安裝在鋼柱頂上，同時(shí)保證接地極和大地之間的接觸電阻跟規(guī)范要求相符，在埋設(shè)接地極或運(yùn)行的必然期限（3～5年）后，要對(duì)接地極的接地電阻實(shí)施監(jiān)測(cè)。

（3）鳥(niǎo)害。針對(duì)鳥(niǎo)害，首先要增強(qiáng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，增加季節(jié)性的巡視工作，尤其是在頻發(fā)鳥(niǎo)害的冬春兩季的交替期間，實(shí)施機(jī)車(chē)添乘巡視，一旦發(fā)現(xiàn)，定人定責(zé)定時(shí)消號(hào)處理。其次對(duì)鳥(niǎo)窩實(shí)施分析總結(jié)，鳥(niǎo)搭窩的習(xí)性要及時(shí)掌握，并重點(diǎn)監(jiān)控處理，把驅(qū)鳥(niǎo)器安裝在重復(fù)搭建的處所，提升防治效果。

（4）維護(hù)。在維護(hù)方面，設(shè)備管理單位應(yīng)重點(diǎn)巡察已出現(xiàn)問(wèn)題的薄弱環(huán)節(jié)，增加巡檢頻次，對(duì)容易磨損的零部件進(jìn)行重點(diǎn)檢查，并采取更換老舊零件進(jìn)行試驗(yàn)的方法判斷其后續(xù)的使用周期，為運(yùn)營(yíng)可靠性提供依據(jù)。對(duì)于突發(fā)情況更換承導(dǎo)線(xiàn)，要注意驗(yàn)收工作，在接觸網(wǎng)承導(dǎo)線(xiàn)更換完成之后，必須對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。驗(yàn)收試驗(yàn)要由專(zhuān)業(yè)的測(cè)試人員來(lái)進(jìn)行，對(duì)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，主要分析接觸網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，以及其質(zhì)量是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須要保證驗(yàn)收合格之后才能投入運(yùn)營(yíng)使用階段。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前取得的接觸網(wǎng)防風(fēng)技術(shù)研究成果，結(jié)合了我國(guó)鐵路的情況，滿(mǎn)足了現(xiàn)階段的需求。基于長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，不斷改進(jìn)、完善、提高并形成一套完整的風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)，以確保接觸網(wǎng)的安全穩(wěn)定，也為后續(xù)強(qiáng)風(fēng)地區(qū)的電氣化鐵路建設(shè)、既有線(xiàn)的改造施工提供有力的技術(shù)支持。