接觸網風致異物安全防護設計

梅亮云

（國家鐵路局 工程質量監督中心，北京 100891）

0 引言

隨著我國鐵路快速發展，高鐵成為我國的亮麗名片。鐵路運輸為旅客帶來了安全、綠色、便捷、高效、準時的良好出行體驗。接觸網異物是威脅高鐵安全運營的重要因素之一［1］，近年來，由于大風天氣導致的建筑工地防塵網、農村塑料大棚薄膜、菜市場塑料包裝袋、含金屬絲的風箏線、錫箔紙以及各種漂浮物等異物頻頻引發行車中斷或事故［2］，嚴重影響旅客日益增長的出行體驗要求，尤其是2021年以來，京津城際、京廣高鐵、京滬高鐵、京哈高鐵等先后出現了由接觸網風致異物引發的多起行車事故。從政策保障、人工監測、物理防護、技術監測等多方面深入分析，提出具體解決方案。

1 風致異物引發接觸網供電故障原因分析

目前，我國鐵路主要有內燃牽引和電力牽引2種運輸方式，其中電力牽引因環保、運力優勢逐漸成為主要的運輸方式。電力牽引基本原理是在鐵軌正上方架設一條“之”字走向的接觸網，接觸網通過電力機車頂部的受電弓為電力牽引機車提供源源不斷的電能。接觸網是電力機車運行的唯一供電設施，因此接觸網的安全可靠直接影響鐵路行車安全。

大風天氣時，大風導致鐵路沿線附近建筑工地的防塵網、農村塑料大棚的薄膜、菜市場的塑料包裝袋、含金屬絲的風箏線、錫箔紙以及各種漂浮物等侵入接觸網設備限界，進而引起接觸網供電故障，導致行車中斷或事故。

事故類型一般分為2類。一類是含金屬絲的風箏線、錫箔紙等導電型異物，異物一端接觸到鐵路接觸網導線或腕臂，另一端接地，形成短路，引發跳閘，導致行車中斷；一類是建筑工地的防塵網、農村塑料大棚的薄膜、菜市場的塑料包裝袋以及各種漂浮物等絕緣型異物，侵入接觸網設備限界或懸掛在接觸網上，會導致弓網關系惡化，受電弓瞬間斷電或取流質量變差，引發刮碰、拉弧、打火或離線事故，嚴重時一旦纏繞到受電弓上，易造成接觸網拉垮，進而引發塌網現象，造成嚴重事故。

2 接觸網風致異物安全防護現狀

安全運行是鐵路運輸最重要、最基本的要求，避免風致異物引發鐵路接觸網供電故障勢必要主動采取安全防護手段。通常安全防護手段主要有政策保障、人工監測、物理防護、技術監測等。

2.1 政策保障

政策保障指依靠國家有關法律、法規以及有關主管部門的規章、規范性文件等，一方面對風致異物的產權單位或責任單位形成事前震懾效應，減少或杜絕風致異物的產生；另一方面作為對風致異物的產權單位或責任單位事后處罰的執法依據。目前，有關政策主要有：

2.1.1 《鐵路安全管理條例》

第五十三條禁止實施下列危害電氣化鐵路設施的行為：

（1）向電氣化鐵路接觸網拋擲物品。

（2）在鐵路電力線路導線兩側各500 m的范圍內放風箏、氣球等低空飄浮物體。

2.1.2 《高速鐵路安全防護管理辦法》

第二十四條規定在高速鐵路電力線路導線兩側各500 m范圍內，不得升放風箏、氣球、孔明燈等飄浮物體，不得使用弓弩、彈弓、汽槍等攻擊性器械從事可能危害高速鐵路安全的行為；在高速鐵路電力線路導線兩側升放無人機的，應當遵守國家有關規定；對高速鐵路線路兩側的塑料大棚、彩鋼棚、廣告牌、防塵網等輕質建筑物、構筑物，其所有權人或者實際控制人應當采取加固防護措施，并對塑料薄膜、錫箔紙、彩鋼瓦、鐵皮等建造、構造材料及時清理，防止大風天氣條件下危害高速鐵路安全。

2.1.3 《國務院辦公廳轉發交通運輸部等單位<關于加強鐵路沿線安全環境治理工作意見>的通知》（國辦函〔2021〕49號）

通知明確要求：構建政府主導、部門指導、企業負責、路地協同、多方共治的工作格局，依法解決突出問題，及時消除事故隱患，去存量、控增量，有效防范化解風險，持續改善鐵路沿線安全環境；以鐵路兩側500 m范圍內的彩鋼瓦、石棉瓦、樹脂瓦、簡易房、塑料薄膜、防塵網、廣告牌等輕質物體為重點，建立存量問題隱患庫，制定針對性整治方案，實行閉環銷號管理，力爭2022年底前全部治理完成。

《鐵路安全管理條例》對于接觸網風致異物的有關規定過于籠統、操作性不強。《高速鐵路安全防護管理辦法》僅適用于高速鐵路，應該進一步出臺適用于普速鐵路的管理辦法。鐵路沿線安全環境治理工作開展以來，全國各地“路地雙方”積極構建“雙段長制”，將隱患排查制度常態化，重點排查整治鐵路兩側500 m范圍內存在的安全隱患，有效遏制各種異物隱患的滋生蔓延，鐵路沿線環境明顯改善。

2.2 人工監測

目前，對風致異物的監測，各鐵路局集團公司供電段一般采取2種人工監測方式：一種是安排巡線人員定期巡視接觸網；另一種是安排巡線人員添乘機車定期巡視接觸網［3］。這2種方式都比較傳統，優點是準確無誤，能精準的判斷漂浮物的種類；缺點是效率低，不能連續24 h監測接觸網系統，且人工和機械成本較高、勞動強度較大。

另外，機車乘務員途中瞭望也發揮了重要作用，能夠第一時間發現接觸網上的各種異物，及時果斷采取減速或停車措施，確保行車安全。但機車乘務員一旦精力不集中時，不能及時發現異物，且易引起機車乘務員過勞現象。

2.3 物理防護

物理防護是沿鐵路線路建設物理隔離屏障，將接觸網系統與周邊環境隔離。目前，國內鐵路還未采取此方式。這種方式的優點是將異物與接觸網直接屏蔽隔離；缺點是成本較高，且受周邊環境限制，部分區域無法安裝。

2.4 技術監測

目前，我國鐵路基本未采用技術監測手段，只有部分區段在做試驗性應用。技術監測主要有：視頻圖像、衛星圖像、激光對射、紅外對射、微波對射監測等。

（1）視頻圖像監測。主要由終端攝像機、視頻分析服務器、通信網絡系統、監控中心構成。基本工作原理是：沿鐵路線每隔一段距離布設終端攝像機，終端攝像機采集接觸網的視頻圖像，通過網絡上傳至視頻分析服務器，一旦有異物侵入接觸網設備限界時，內置算法的視頻分析服務器通過自動比對識別出異物，發出報警信號至監控中心［4］。優點是能夠直觀看到異物圖像、精準確定異物種類，缺點是夜間和雨雪霧等惡劣天氣條件下誤報率和漏報率較高。每公里綜合造價10萬元左右。

（2）衛星圖像監測。基本工作原理是：由衛星攜帶高清攝像機拍攝接觸網及其周邊環境的圖像，并傳輸到地面監控中心，監控系統服務器進行計算和比對不同時段的圖像后，發現異物侵入接觸網設備限界時，給出警示信號［5］。和視頻圖像監測相比，優點是鐵路沿線無需安裝終端設備，缺點是實時性差、現場異物圖像不清晰、誤報率和漏報率較高。每公里綜合造價6萬元左右。

（3）激光對射監測。主要由多光束激光探測器、通信網絡系統、報警主機、監控中心構成，其中多光束激光探測器由成對的激光發射機和激光接收機構成。基本工作原理是：沿鐵路線布設多光束激光探測器，激光發射機發射特定波長的多光束激光，激光接收機接收激光，一旦有異物侵入接觸網設備限界時，勢必遮擋激光束引發報警。優點是探測距離遠、穿透能力強、抗強光干擾能力強、適應雨雪霧等惡劣天氣能力強，缺點是成本略高、安裝調試較耗時［6］。每公里綜合造價15萬元左右。

（4）紅外對射監測。基本工作原理與激光對射監測相同，區別是探測光束是特定波長的多光束紅外光。和激光對射監測相比，優點是在安防系統廣泛應用、成本低、安裝簡單方便，缺點是探測距離短、惡劣天氣條件下誤報率和漏報率較高［7］。每公里綜合造價8萬元左右。

（5）微波對射監測。基本工作原理與激光對射監測相同，區別是探測光束是特定頻率的微波。和激光對射監測相比，優點是安裝調試簡單、穩定性高，缺點是探測距離短、安裝時須與接觸網保持2 m左右距離［8］。每公里綜合造價12萬元左右。

3 接觸網風致異物清除方法

在人工監測和技術監測發現異物侵入接觸網設備限界后，鐵路供電段申請“天窗點”，封鎖線路、接觸網斷電、做好安全防護后清除異物。

（1）對于體積較小的異物，作業人員一般采用6 m長的專用桿直接將異物從接觸網上移走。

（2）對于體積較大的異物，作業人員需要采用專用梯車將異物從接觸網上移走。

（3）對于體積特別大、纏繞特別緊的異物，作業人員需采用接觸網作業車將異物從接觸網上移走。

（4）對于一些易燃的異物，也可使用接觸網激光異物清除器清除，其基本原理是發射大功率定向激光燃燒異物。

4 接觸網風致異物安全防護方案

本著以人為本的原則，將作業人員從單調繁重的巡視作業中解脫出來作為重要考量因素，同時要考慮監測系統的高可靠性、高穩定性，兼顧成本因素和安裝調試的便利性。

（1）加強政策保障。政策保障屬于主動防護和事前防護的范疇，經濟成本最低。建議鐵路主管部門和有關地方政府加強政策保障，盡快出臺適用于普速鐵路安全防護的管理辦法，制定操作性強的細化管理規定，同時加強普法宣貫，使全社會形成人人有責、群防群控的安全防護氛圍。

（2）一般區域采用視頻圖像和激光對射復合監測系統。本著優勢互補和取長補短的原則，綜合考慮各種技術監測手段的優劣后，同時考慮可靠性和成本因素，建議一般區域采用視頻圖像和激光對射復合監測系統。其中終端攝像機宜采用高清長焦攝像機，能大幅降低攝像機的安裝數量；激光對射監測宜采用發射頻率調制技術的特定波長激光探測器，可進一步大幅降低誤報率和漏報率。

（3）重點區域采用物理防護。對于人口密集、周邊環境復雜的重點區域，宜采用建設物理隔離屏障的安全防護方式，將接觸網系統與周邊環境直接隔離開，徹底杜絕風致異物侵入接觸網設備限界，確保接觸網安全穩定運行。

5 結束語

通過對各種技術監測手段的深入分析，前瞻性地提出“重點區域采用物理防護，一般區域采用視頻圖像和激光對射復合監測系統”的解決方案，為接觸網風致異物的安全防護提供借鑒。考慮實際應用較少、可供借鑒的試驗數據有限，建議有針對性的選擇風致異物高發線路開展先期試點，對復合監測系統的實際應用效果深入分析，不斷優化攝像機和激光探測器布設方案。