摘要：电气化铁路隧道施工复杂，运行效率频繁，在供电处理过程中经常会出现接触网跳闸或者设备烧损的现象。本文针对电气化铁路隧道接触网跳闸和设备损伤问题的原因、影响范围进行分析，并提出相关优化措施和改善建议，希望能够为相关单位提供参考借鉴。
关键词：电气化铁路隧道；设备损伤原因；措施改进
铁路隧道工程指的是铁路隧道的勘察、施工、使用的全过程。电气化铁路又被称之为电化铁路，功能在于转制为电力或者运行。该类型的铁路沿线都需要配置相应的电气化设备，主要是为了保障电力设备。对比传统的内燃机车，电力机车有更强的运行优势，因此在相同规模下的电气化铁路有较强的智能性和耗能特征。这种铁路也逐渐成为铁路轨道上的“主流”。不过电气化铁路建设要求高，难度大，在运行中会存在很多电力问题如“电气化铁路隧道接触网跳闸”、“电气化铁路隧道设备烧损”现象。笔者相结合相关案例，对其特殊的电力问题进行以下分析。
1.电气化铁路隧道内接触网故障类型及原因分析
接触网设备运行过程中，经常会发生各类跳闸的问题，尤其是隧道内的接触网设备，但由于其架设方式及所处环境与隧道外接触网有所不同，故隧道内接触网问题需要单独分析，目前常见的造成隧道内接触网跳闸的类型有以下几点。
1.1接触网设备老化
经过多年的运行，接触网内部的零部件长期负荷工作，在隧道特殊的环境下，十分容易达到临界状态，会造成绝缘问题，最终造成隧道内接触网跳闸问题。
1.1.1实例说明
2017年8月5日17时48分、18时14分及18时37分，焦柳线古丈变电所1号馈线（211断路器）三次跳闸，重合闸均成功，未中断接触网供电。经现场巡视发现：因猛洞河—施溶溪区间野鸡坨隧道内悬吊液压补偿器接触线下锚支的吊线埋入件从隧道壁内脱出，机车通过时造成瞬时接地故障。
1.2日常巡检不到位
检修人员在检修过程中巡检工作不到位，会导致隧道内接触设备运行质量、状态不佳等异常状态未被及时发现并处理。例如最常见的问题有隧道“拱顶地线”的掉落、隧道伸缩缝处密封条掉落等，最终造成跳闸或者设备烧坏的现象。
1.2.1实例说明
2019年2月15日6:44，武广高铁线梅子变电所213、214跳闸，重合成功，天气：小雨，213T线故障，故标K1451+011。7:26，动调反映:DJ5909（武汉动车段CRH380AL-2586号，武昌南机务段值乘）在长沙南站3道随车机械师反映05车1位受电弓挂异物，材质不详。9:20—9:43岳阳东车间供电人员上线排查，发现岳阳东-汨罗东间下行线茅栗铺隧道T20至T18间（K1450+985）隧道伸缩缝处密封条掉落，搭接到接触网承力索上引起跳闸，并发现承力索有断股（10股）。10:46—11:05，停电处理后恢复正常，无行车限制。
1.3设备零件材质问题
接触网前期施工过程中，由于设备监督管理不到位，一些施工人员为了节约成本，非法获取经济利益，在隧道内部采用一些有沙眼或者是不合标准的产品，甚至是二手材料。这些问题导致了设备、材质在运行中会出现脱离，中断，严重时候造成跳闸。
1.4隧道内部环境影响
我国南方山体普遍含水量大，如果前期隧道施工不合格的话，隧道壁可能出现渗水甚至漏水的现象。而一旦漏水点位于接触网正上方且滴水成线滴落到接触网设备上，接触网会发生跳闸现象甚至烧断等事故。广铁集团有几处海底隧道，其内部环境更为特殊，尤其在隧道底部，无论是空气湿度还是腐蚀物含量都比一般隧道要严重得多，在这种情况下隧道内接触网设备安全运行将受到进一步挑战。
1.4.1实例说明
2018年3月5日6时55分，广深港高铁小乌变电所213、214跳闸，213重合成功，214重合失败（供虎门至庆盛上行）；T线故障，经抢修恢复通车，累计中断供电7小时21分。后经调查发现，狮子洋隧道上方为珠江入海口，线路呈锅底状，空气潮湿，具有海洋环境特征和工业灰尘成分，氯、硫元素含量较高，镁铜合金承力索长期处于该环境中，腐蚀严重。事故锚段位于隧道底部，湿度更大，腐蚀更加严重，承力索机械强度下降，在张力、震动、腐蚀等综合作用下被拉断垂落，与通过的D944次动车组头车刮碰接地跳闸，挂坏车顶设备，承力索缠绕在动车组05车主断路器瓷瓶上，在列车运行的带动下拉断吊弦、承力索，打坏腕臂，造成接触网塌网。
1.5工务部门轨面整治带来的影响
由于每天大量机车车辆通过，铁路轨面基本参数会受到不同程度的影响，工务部门定期需要对轨面参数进行调整，在此过程中如若铁路供电部门配合不到位造成参数偏移过大，很可能导致隧道内接触网设备对地绝缘距离发生改变造成对地放电引起跳闸或者工网关系发生变化引起工网故障。
2.隧道接触网烧损现象和原因分析
隧道接触网烧损和接触网的电力特性有着直接关联。若存在损伤问题，会对
整个接触网的接地网、电力设备和隧道照明工具乃至于沿线的通信讯号的正常运行造成影响。分析其原因，其和接触网的带电流程有着明显关联（如图1所示）。
一般而言，当接触网在隧道内部通过悬挂点时候，若存在短时间的短路接地跳闸时候，电流会采取以下的通过路径。
首先是接触网的带电设备，期间相关电路转换，带给绝缘体，绝缘体失效后会将电流电荷输送到隧道内部悬挂的金具位置，顺着隧道拱顶地线，电流经过架空地线和附近隧道照明灯具回路，最终顺着地回流前往牵引变电所。在此过程中，由于接触网发生短路跳闸时候，整个接触网的电流值十分大，因此在大量电流经过的地方会形成电阻热。特别是针对一些接地电阻较小的地区，其铁路设备会击穿其绝缘间隙，在损伤设备后顺着大地流走。
一般而言，在隧道处理环节时，信号设备为了保证构成顺畅的电流通道，整个电路的接地电阻都限制在1欧姆左右。但是在现实应用中，通过分析被烧毁的设备可知，往往由于接触地内部电流过大，且导电性不顺畅，最终会形成大范围的电阻接触网地线烧伤。此外，隧道沿线的电力设备、地线、通讯信号和电缆也会和接触网底线发生交叉，为短路电流提供一定通道，从而发生大电流的设备损伤故障。
3.优化电气化铁路隧道接触网跳闸及设备烧损预防措施建议
3.1电气化铁路接触网跳闸处理的措施建议
为了降低隧道接触网跳闸现象，为预防铁路机车运行的安全问题提供措施建议，建议从以下几个方面加强接触网处理。
3.1.1改善老化问题
针对接触网老化的问题，建议相关隧道管理人员和技术人员制定维检计划，以半年或者一年为节点，加强对隧道内部绝缘体的整体性更换和检查。特别是对沿海隧道受腐蚀的接触网设备要定期整体性更换。并结合当前铁路沿线运行的特点，采用双重绝缘或者专用结缘材质。或者采用回流接地跳线或者回流线连接方式，以保证在隧道发生接触网跳闸问题时，降低现场存在问题。笔者认为，也可以借助改善电流回路来优化建设，例如新增接触网带电部分和绝缘子的处理，让接触网发生跳闸现象时候，电流顺着接地跳线、回流线和轨回流线至牵引变电所，以疏导整个电流的回路。
3.1.2降低维修隐患
为了降低由于维修人员的失误，建议管理人员应当优化管理，建议建立有效的责任落实制度，要求车间人员，班组人员加强责任意识，以降低由于制度和检查问题造成的隐患。除此外，管理人员应当落实实名检查制度，加强现场考核和巡查，以降低漏检和漏修的现象，最大程度地保证检修质量。对于检修存在的问题，建议管理人员要做好定期清扫、避免杂质覆盖绝缘物。
图1 隧道接触网结构
3.1.3采用优质材料
为了减少绝缘网内部零件材质问题，建议设计单位和维修人员要购买严格、正规的材质，以此来保证施工材料的质量验收。此外，施工单位一定要坚持现场检查，杜绝使用不合格的材料和零件。且各单位发现不合规的材料，零件都要及时更换，以确保整个设备的安全运行。此外，建议采用性能好的新型设备或材质，以保证电车运行的设备、材料合理性和安全性。
3.1.4改善隧道环境
对于隧道环境造成的接触网问题，可以采取外界疏通和调整方式优化接触网设备。例如，在冬季时候要保证安全供电，相关设备维护单位要在隧道特殊部位进行打冰工作，以确保隧道内部建设的合理性和有效性。此外，防止有人蓄意破坏，可以采取以下措施。首先，对铁路的周边居民进行相关安全知识宣传教育；其次，加强铁路沿线的相关监督和巡查，通过树立安全标志和惩罚警告，避免人为破坏和垃圾投掷；最后，建议铁路沿线的施工人员加强对施工废弃材质，铁丝的回收，要做好现场无垃圾遗留，最大程度的保证铁路沿线的安全性。
3.1.5完善与兄弟单位合作机制
供电部门可以积极与工务等兄弟部门协商、合作，定期对隧道内环境进行排查，尤其对隧道拱顶漏水处所、隧道壁伸缩缝等处所进行仔细检查；工务部门在隧道内进行捣固抬轨等作业时，供电部门必须派配合人员到场进行参数复核，一旦发现参数超标立即停工整改。
3.2接触网跳闸烧损问题的相关措施建议
对于常见的烧损问题，建议相关人员做好以下措施：
3.2.1做好跳闸烧损处理
若铁路规格高且资金充足，结合电气化铁路接地系统问题。建议可以结合等电位原理，将铁路线路上的所有设备经过计算处理后，按照一定要求连接，并在连接可靠的前提下，避免跳闸问题。
3.2.2改变接触网接地系统
建议改善接触地网的接地系统，将原有的接触网绝缘子由单一的模式变成绝缘双重接地系统，同时加以架空地线来联合实现跳闸保护,以便发生隧道绝缘子闪络或击穿故障时,为短路电流提供两条通道,减少短路电流的伤害能量。
3.2.3改善电气化铁路的沿线接地处理
对于未上综合接地系统地电气化铁路,要对隧道区段的接触网设备接地线、电力设备接地线、通信设备接地线、信号设备接地线分别进行梳理,要各自拥有独立的接地系统,接地电阻值要符合各自的要求,地线系统中各连接点必须连接牢固可靠,且各自的接地系统保持20米以上的距离。
4.结语
综上所述，通过采取一定预防措施，对于优化电气化铁路隧道接触网设备有较好的作用，防止隧道接触网设备烧损能起到良好的预防措施，最终保证行车安全。这为行车安全性、经济性有着重要的帮助。笔者结合相关经验，对其提出的相关措施建议，希望能够为优化铁路运营，保证干线经济建设提供参考借鉴。
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论文作者:胡东升
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
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