深圳市地铁集团有限公司运营总部
摘要：接触网故障及失效的形式多种多样，而且柔性悬挂接触网没有备用，一旦失效或故障，严重影响到地铁列车的安全运行。因此，对接触网常见故障及预防措施进行分析，具有重要意义。
关键词：接触网；失效故障；防范
1 接触网系统组成特点
柔性悬挂接触网的结构复杂，其失效形式多样。接触网系统就是沿着地铁上方露天架设的一条具有特殊形式的用来给电力机车供电的输电线路，它主要是由接触悬挂、支持装置、定位装置及支柱和基础组成，其结构示意图如图1所示：
由于接触网是一种露天装置，所受的负荷又是随着列车的运行处于变化之中，而且它没有备用设备，因此接触网一旦有故障出现，会直接影响电力机车的运输能力。所以为了保证弓网之间良好的受流质量，一个合理安全的接触网系统要有以下几个特点：
1.1接触悬挂弹性应尽量均匀。悬挂弹性是指接触悬挂受到受电弓抬升力后所表现出的抬高性能，用单位垂直力使接触线抬高量来表示（单位为mm/N）。决定弹性均匀度好坏的因素有接触线索的张力、悬挂结构、悬挂类型以及接触线本身是否平直或者是否存在硬点。
1.2接触线相对钢轨的高度应尽量保持一致。接触线相对轨面高度尽量一致可以限制接触线的坡度（一个跨距两端的支柱悬挂处接触线距轨面高度差与跨距值的百分比）。
1.3接触网在受电弓及外界环境的复杂作用下有良好的稳定性。
1.4接触网零部件力求简单、轻巧、可靠，实现标准化，方面更换与检修，节约运营维护时间。
1.5具备一定的耐磨性和抗腐蚀性，使其尽可能的延长使用年限、节约成本。
2 接触网系统设备常见故障分析
其各种设备装置的失效次数统计图如图2所示。
2.1.1接触线
接触线是接触网直接和受电弓碳淆板滑动接触取流的部分，其材料多用铜合金。其发生故障的主要形式是接触线断线，原因主要有烧断或拉断。烧断：①电连接线夹与接触线接触不良或电连接线夹与接触线的接触截流面不够造成接触线烧伤、断线。②吊弦、定位器、电连接器等脱落造成接触网对电力机车短路放电。③绝缘子闪络或击穿造成接触网对大地短路放电，烧伤、烧断接触线。拉断：
①接触线局部磨耗超标未及时发现并处理被拉断。②接触线的接头线夹螺丝松动或线夹损坏造成接触线被拉断，或者某处线夹有严重硬点造成局部磨耗严重被拉断。
因为电力机车是直接从接触线上取流的，所以—旦接触线发生断线将会直接造成给列车供电中断，而且，如果断线处并未着地也未引起跳间，则因接触线张力和驰度的剧烈改变，可能会造成别弓事故。如果断线处接触到地面，会因为接触网对地短路放电，造成短路电流烧断承力索或其他接触网设备及零部件的事故。
2.1.2承力索
承力索是用来固定接触线的，通过吊弦将接触线悬挂起来。在干线电气化铁路中承为索一般采用铜或铜合金绞线。从表2中可以看到，接触悬挂中发生故障频率最高的部件就是承力索，其发生故障的形式多是断股，如图3所示。原因主要有以下几点。
2.1.2.1烧断股。主要是由于邻近的电联接器接触不良引起的。此外，棒式绝缘子或悬式绝缘子闪络，从而造成接触网对地短路放电也容易使承力索烧断股。
2.1.2.2拉断股。
2.1.2.3腐蚀断股。
在化工地带及沿海地带，空气及周围环境中存着具有腐蚀性的物质，在此环境下的接触网设备会受到不同程度的侵害。另外隧道内渗水、漏水、水质较硬等情况对承力索都有很强的腐蚀性。
承力索一旦发生断股，已断的股线就会形成凌乱的散股状，一是会对机车车辆、附加悬挂或大地短路放电，继而烧损接触网其他设备；二是接触线高度及稳定性急剧变化严重影响受电弓的运行，甚至出现散股线打坏或缠绕住受电弓的严重弓网事故。
1－承力索吊弦线夹；2－也形环；3—压接管；4—承力索；5—倒流尾线；6—接触线吊弦线夹；7—接触线
2.1.3.2吊弦烧断。正常情况下，电流是不经过吊弦的。发生吊弦烧断现象主要是因为吊弦附近的电连接器损坏或与接触线接触不良，机车取流时使吊弦通过较大电流造成吊弦过流被烧断。
在高速电气化接触网悬挂结构中，对导线高度的要求非常高，要求各悬挂点的导线高度必须一致。吊弦脱落会使接触线悬挂部位的高度降低，并且其稳定性变差，势必会使弓网受流质量受到影响。另一方面，当脱落的吊弦未落地时，且低于接触线时，受电弓通过时，吊弦线夹和吊弦会打击受电弓，对受电弓造成伤害。
2.1.4中心锚结和软横跨
中心锚节是用来将承力索和接触线在支柱上进行可靠固定的装置。位于链型悬挂锚段的中部，将承力索、接触线在锚结处固定，可以缩小事故范围，其结构图如图5所示。软横跨是多股道接触悬挂通过横向线索悬挂在线路两侧的支柱上的一种装配方式。其现场架设软横跨如图6所示。
从表3中可以看到，绝缘子发生故障的次数最多，绝缘子是接触网中应用广泛的一类重要部件，主要用来悬吊和支持接触悬挂并使带电体与接地体间保持电气绝缘。其发生故障的原因除了自身材质以外，在夏季的雷雨天气绝缘子会很容易被击穿。另一个发生故障次数较多的是抱箍类零件(套管双耳和套管铰环)，故障的主要原因是发生断裂。
2.3.定位装置失效
定位装置其实也是支持结构的重要组成部分，主要作用是使接触线相对于轨道中心实现横向定位的装置。通过将接触网进行横向定位，从而保证接触线能始终在受电弓碳滑板的运行工作范围之间，使受电弓滑板磨耗均匀。定位装置主要是由定位管、定位器、定位线夹以及连接零件组成的，其示意图参考图7。其具体零部件的失效次数和失效形式如下表所示。
定位装置发生故障的原因主要有以下几点:
(一)定位装置的连接部位磨断或扭断或紧固螺丝松动，造成定位器线夹裂纹断开。
(二)棒式绝缘子受到污染、闪络放电，短路电流将定位线夹或定位器、定位环部位烧伤造成脱落。
(三)定位状态不良(坡度、线夹偏斜、低头)或受电弓运行状态不良，造成定位装置被受电弓碰掉或剐掉。
定位器脱落，一方面会导致接触线高度和拉出值发生变化从而极易引起弓网故障，另一方面若定位器脱落后并没有落地而是悬吊在接触网上，这样不仅会造成剐弓事故，而且也会引起接触网对机车放电、受电弓碰击定位器打坏受电弓和机车上的绝缘子以及定位器被受电弓击飞后打坏其他接触网设备等一些事故。
2.4结构参数失效
要保证弓网系统之间有稳定、较高的受流质量，首先要有良好的弓网关系，而接触网的结构设计在弓网关系的设计中起着至关重要的作用。只有选用合理的接触网结构参数才能为后续弓网系统的性能匹配提供必要的依据，进而从接触网的角度保证弓网之间的受流质量。反之，如果采取的接触网结构参数不合理，就会导致弓网之间受流失效。
接触网的结构参数主要包括:接触网跨距、吊弦间距以及接触网张力。接触网的跨距和吊弦间距是接触网结构设计中两个基本参数，它们会影响接触网结构均匀度的差异，从而对弓网系统的受流情况产生影响;接触网的张力与接触线的波动传播速度有关，会直接影响到列车的最高速度。由此可见，合理有效的接触网结构参数对弓网系统的重要性。
3 接触网故障防范措施
通过以上的介绍，我们知道接触网作为为电力机车提供电能的重要设备，加之其露天设置、动态工作、没有备用的特殊性，保证其正常工作对于打造一个安全高效的电气化铁路运输系统是至关重要的。因此有必要针对性地提出一些故障防范措施，从而减少接触网发生故障的频率。
3.1提高施工质量
首先要加强材料质量的检验手段，避免不合格材料进入工作现场，杜绝因材质不良而引起的连接处以及定位处零部件断裂而造成的接触网故障。其次在施工时，要严格按照规定对各部零件紧固到位，确保各部件参数处于标准范围。同时应严格按照温度曲线来安装、调整相关设备，以保证设备不会因温度变化而产生过紧、过松、卡滞从而导致接触网参数发生变化。最后，还应该注意保证施工时的精度，避免因测量数据的不准确造成的接触网故障。
3.2加强日常检修与监测
加强日常的检修与维护是避免弓网故障最有效的方法。在日常的检修、巡视中应该加强检查、观测各零部件及其连接部件的状态。特别是对关键部位、问题集中区域加强巡视，要特别注意对连接部位及紧固好的定位线夹要用力敲打几下，检查有无断裂，线夹是否移动。在有恶劣天气时(如气温突然升高或降低、以及大风天气时)，应加强步行巡视勘测各零部件状态，对出现不符合标准的零件及时进行调整和处理。特别要对影响弓网受流的接触网参数如线岔段、中心锚结、锚段关节等按照测量、巡视周期进行严格监测。
3.3加大科技投入，提高技术水平
从长远来看，加大科技投入，从根本上提高技术水准是提高接触网质量的关键途径。如通过对接触网技术的理论研究，提出更为合理有效的接触网结构、布置方案等;依附于科学技术水平的提高，有更高效的监测手段对接触网进行监测;亦或是更加适合接触网服役环境的新型材料的诞生，这些都会从不同程度上降低接触网故障的发生率。
4 结束语
以上只针对接触网接触悬挂、支持装置以及定位装置的失效故障原因进行分析，最后从实际工程的角度提出了一些预防接触网零部件失效的措施，以便为工程实践提供参考与借鉴。
论文作者:吴雷
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/1
标签：故障论文; 装置论文; 绝缘子论文; 发生论文; 定位器论文; 结构论文; 拉断论文; 《防护工程》2017年第9期论文;