摘要:进入21世纪，我国的科技水平与整体实力逐步提升，地铁网络的规模与范围日趋扩大。在地铁供电系统的运行中，接触网承担着关键的牵引作用。因此，接触网如果出现问题、发生故障，就会为所在城市与社会带来惨重的灾难与巨大的损失。以此为基点，本文以地铁供电接触网系统的可靠性为中心展开研究，分析归纳了接触网系统在运行中易出现的问题与故障，为今后地铁供电工作的改革及创新做铺垫。
关键词:地铁;接触网:可靠性:故障
引言：近年来，国内的电气化铁路在相关单位的支持与引导下取得了飞速发展，电气化铁路在国内城市交通网中的比重逐步增加，扮演着重要的角色且作用愈发突出，在国内各大城市中推行与使用铁路电气化是时代的迫切要求。随着各城市轨道交通的加速发展，地铁运行所需的电力牵引系统正处于上升发展阶段，它的复杂度正逐步提升，它的安全性与可靠性受到有关部门的严格要求，同时也受到来自社会各界的关注与重视。由于该系统庞大、涉及范围广，发生故障会给社会带来巨大的损失与惨重的代价，同时还会冲击社会秩序，根据冲击力度差异造成不同的秩序混乱现象，进而影响整座城市与社会的持续稳定及安定团结
1接触网系统
当前的地铁牵引网大多采用直流式供电模式。此外，可从悬挂形式入手对接触网做出划分，大体可分为两类，一种属于柔性的接触网；另一种属于刚性的接触网。接触网系统的内部较为复杂且重要部件较多，通常可分为汇流排、中心锚结以及接触线等三类。汇流排属于接触网内部悬挂件中的关键部件，它可以根据截面的具体形式分为T型与n型两类。接触线使用的材质大多是银铜合金，它要借助辅助工具嵌入或用专用线固定在汇流排中。汇流排的接头衔接时一定要确保汇流排机械的正常对接以及导电性能的有效发挥。中心锚结在接触网中主要起预防作用，它要确保接触网在各类环境与温度模式下都不出现偏移情况。
2地铁供电系统与可靠性分析
2.1地铁供电方式
2.1.1集中供电方式
沿着城市的轨道交通网络与线路，参照各区域市民的总体用电量与线路总距离，建设专门服务于城市轨道交通的主变电所。新建的主变电所要有两条独立的供电线路，并且两条线路的电压都需达到110KV。凭借主变电所给所在区域的城市轨道供电系统进行电压输送，电压等级通常是35KV以及10KV。利用主变电所承担与完成的供电方案被称专业人叫做集中式供电。
2.1.2分散供电方式
在轨道供电中选用分散式供电方案时，可以不特地修建专用的主变电所，可将城市中处于运行的电压线路转调至城市轨道供电系统的供电中，转调的线路通常为35KV与10KV。此外，有关单位要努力达到行车环网。使用这类供电方式要求城市已有的电网系统较为发达，在铁路轨道车站附近有满足要求的稳定供电电源，此时轨道交通中所用的电压等级要同城市电网相吻合。
2.1.3混合供电方式
此种供电方式就是以上两种模式的有机结合，此时要以集中供电为主，特殊区域与地段可使用城市电网，让轨道的供电系统更加完善与可靠。当前，我国武汉和北京的部分地铁就采用了这类供电方式。
2.2可靠性分析方法
近年来，各国专家学者都在积极探索与寻求可靠性的具体评估方法，纵观多种评估方法，可将它们根据一定标准具体分为两类，一类是模拟法，另一类是解析法。模拟法习惯将整个系统分为多种元素，具体的元素属性与特点可以通过概率的协助做出评估与预测，然后将元素按照一定方法进行排列组合，最后来确定该系统的可靠性。该评估法较为灵活便捷，不会受到系统的规模制约与限制，但是它所需的时间较长且精度有待考证。解析法主要是利用系统结构与各元件功能以及二者间的逻辑联系，搭建有关系统可靠性的具体模型，以模型为基础利用递推及迭代计算等方法来解析具体模型，计算得出系统的可靠性参数并加以分析。但是，如果系统的元件数量增加或者发生变化，计算将会以指数式增长，计算难度将会不断扩增。在实际分析中运用频率较高的解析法主要有故障树分析法（如图所示）与GO法。
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3地铁供电接触网主要故障
3.1空间结构尺寸方面故障
接触网被划分至特殊供电设备之中。什么是特殊，特殊就是一方面要确保接触网保质保量、稳健的为电力机车输送相应的电流；另一方面还要确保接触网的内部悬挂设备可以稳固的处于相应的空间位置之中，确保电弓可以从接触线中高质量、稳定的取流。因为机车受到电弓宽度的限制，它的行车速度较快，所以接触网的各项参数发生调整与变化就会导致机车的取流效果下降，情况严重时可能会引起弓网故障。
3.2电气联结方面故障
接触网在运行时会发生某些不可避免的问题，这类问题主要集中于电气领域。电气领域发生故障的概率较低，但是一旦有故障发生，就会导致恶劣严重的影响出现，甚至可能出现塌网与断线等故障。
3.3绝缘方面故障
接触网是具有特殊属性的高压型供电设备，绝缘技术属于该领域最关键的技术指标，它和其余地方电力系统的供电线差异较大，接触网各部件的悬挂高度相对较低，所以它的绝缘属性容易遭受环境的破坏与影响。接触网中使用的绝缘类型主要分为空气间隙绝缘以及绝缘体绝缘，以上两方面中有任一方面出现问题，都可能在放电时引发接触网故障。
4影响配电网供电可靠性的主要因素
供电网络中了解主变电所与地铁车站间的变电所作用较大，是整个地铁供电系统运行的前提与基础。配电网具备的可靠属性在一定程度上影响着整个地铁内部供电系统的运转可靠性，它的安全运行是整个地铁供电网络安全、稳定运转的基础保证。我国当前的配电等级一共有三个等级，分别是35KV、33KV以及10KV，其中33KV的电压等级在国内未被大力推荐与使用，只有少数城市在特定原因的影响下才会使用。影响配电网的供电可靠性因素较多，主要有：外部电网发生故障或者不稳定、设备自身可靠性被外力因素所破坏和影响导致故障发生、故障修复总时长以及作业停运率等。
外部电网存在的不稳定情况不能直接清除，利用冗余备份与电网架的架构可在一定范围内清除它的影响，有效提升配电网在配电中的安全性与可靠性。设备自身存在的问题与缺陷以及受外力影响引起的线路故障，可以通过选择稳定、可靠、安全的机械设备以及做好线路设备的维护与运行环境的监管来有效排除。但由于部分机械设备存在老化退化等问题，故障不能得出全部清除，因此还要提供一定量的冗余备份与快速、有效、及时的维护功能，尽早有效的排除故障，有效提升配电网的运行安全与可靠性。
5.汇流排终端的主要故障及应对措施
汇流排终端发生故障的概率较高，主要有接触线电气烧伤，接触线疲劳破坏以及汇流排受外界影响发生变形情况进而导致终端失效。此外，外部环境的温度与湿度、空气质量、风雨雷电等因素也会给汇流排的终端可靠性带来一定的负面影响。所以，在材料设备的选购中，要优选具备一定热胀冷缩属性的汇流排，选择具备防松与防脱落功效的汇流排零件。在安装时也要引起注意，有效避免各类零部件发生卡滞与脱落情况，防止机器变形与接触不平顺等问题发生。此外，有关负责单位还需加大日常检修与保养力度。
6结语
接触网系统对当前的城市轨道交通而言非常重要，本文以接触网为中心展开系统的阐述与讨论，首先描述了当前运用度较高的几种地铁供电系统，重点讨论了地铁内部接触网系统极易出现的几类故障与应对措施，分析了影响供电可靠性的各种因素。希望能为今后地铁供电系统的升级与创新提供理论支持。
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论文作者:刘悦
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
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