【关键词】高速铁路；接触网隔离开关；常见故障；防范措施
前言
接触网隔离开关是高速铁路牵引供电回路的重要组成部分，通过远动操作隔离开关，可以快速实现接触网供电臂停电、越区供电、缩小故障范围等功效，是高速铁路牵引供电设备检修、应急抢修及动车组救援不可或缺的关键设备之一。近年来，高铁接触网隔离开关机械故障、远动问题频发，问题的类型也复杂多样，严重影响到供电设备日常检修的生产组织及故障情况下的应急处置。因此，分析和研究接触网隔离开关故障产生的原因，并采取正确、有效的处置和防范措施，确保隔离开关良好的运行状态，具有非常重要的意义和实用价值。
一、接触网隔离开关组成
接触网隔离开关由开关本体、操作机构箱、远程控制箱（RTU箱）三大部分组成。其中，开关本体包含开关主刀闸、支持绝缘子、横向传动杆、连接拐臂、U型抱箍、三角连扳、纵向传动杆等部件（负荷开关另包含铜滑道消弧装置、转向齿轮盒），如图1所示。操作机构箱内安装有操作电机及控制回路、电源微动开关（下文简称微操）、操作面板、二次线端子排柱、加热装置等。RTU箱内主要安装有远程控制单元（IO-K板）、光缆终端盒、电源及二次接线端子排柱、恒温加热装置等，如图2所示。
.png)
图1 接触网隔离开关整体结构图 图2 隔离开关RTU箱内部结构图
二、接触网隔离开关工作原理
在高速铁路接触网无负荷状态下，对隔离开关进行控制，可将供电回路的电气设备闭合或切断。同时，以上操作与监控系统均在主控SCADA系统中，远程控制开关分合闸时，能够在短时间内使其响应，满足多个供电分区接触网对停送电的要求。此外，对隔离开关动作、故障反馈信息进行实时监控，有利于迅速明确事故范围，避免事故范围扩大，从而促进故障处理效率的提高。
.png)
图3 隔离开关工作原理图
三、高速铁路接触网隔离开关常见故障
接触网隔离开关故障包括机械故障和远动故障两大类。其中机械故障主要指开关刀闸触点烧毁、支撑绝缘子脏污或破损、接地刀故障、公网故障；远动故障主要指远动控制RTU通信故障、电缆控制故障、光纤控制故障。
（1）隔离开关刀闸触点烧毁
隔离开关刀闸触点出现烧毁的原因通常是因为触点部位过渡电阻过大造成，即高速铁路的开关触头一般是使用点接触，待高速铁路长时间运营，再加上机车取流过大时，也会随之增加触点部位的过渡电阻，使刀闸接触部位开始发热，并伴网压波动，严重至一定程度时则会烧融开关刀闸，造成上部断路器跳闸。
（2）隔离开关支撑绝缘子脏污或破损
绝缘子器件是高速铁路接触网隔离开关达到关键性技术的一项指标，因不同区域的电力系统供电线并不一致，再加上接触网悬挂位置较接近机车间，隔离开关支撑绝缘子可能会受到机车的影响出现污染或破损，从而引起闪络或击穿，直接导致接触网对地短路并引发变电所跳闸的现象，使列车无法正常运行。
（3）隔离开关接地刀闸故障
若接地刀闸的调整不合理或不到位，外部电缆可能会对合闸路径造成影响，或是导致刀闸在合闸时频繁出现撞击的现象，以上情况均会引起接地刀闸绝缘子棒断裂，最终造成隔离开关合闸后对地短路，变电所因此跳闸。
（4）弓网故障
弓网故障通常是因为连接部位受到上网电缆或电连接线导流不畅的影响出现严重发热的现象，继而烧损或烧断电连接线夹，导致电连接线脱落后掉入电客车限界以下部位，联合受电弓碰撞而引发故障。
（5）远动控制RTU通信故障
高速铁路接触网远动隔离开关与相近车站通信室之间的光缆通信长度相对较长，尤其是部分光缆通信长度超过4Km，还需要在铁轨下进行穿越，再加上光缆与电缆线路通常共同一个电缆井，这种情况下显著增添了光缆通信中断现象的发生率。与此同时，一旦光缆中断发生，从通信监控程序中无法定位故障位置，只有使用厂家提供的故障测距装置才能够明确故障的具体发生位置。同时，高速铁路接触网隔离开关中断以及调度主控系统离不开远动通道[2]，但目前隔离开关远动通讯通道主要有64k数字、4线音频与2M光纤等方式，虽然通道点多、线长，但远动通道不通的情况仍然时有发生，需要采取措施提高通信质量。尤其是远动通讯通道中使用的64k数字电路组网音频与方式均采用了点对点的结构，该种结构安全性有待提高，不仅无法提供环状保护功能，而且传输宽带相对较窄，在视频监控信息传输这一环节加入后，很难实现及时传送信息的要求，进而引发不能远动的故障。而且，UPS电源存在电容量并不多，停送电情况的频繁发生极易导致UPS发生电池未满反复充放电的现象，RTU终端最终会因此无法正常启动。
（6）传统电缆控制故障
高速铁路设置的接触网开关控制站电源一般为220V，并且控制站主要向隔离开关敷设了电源电缆、控制电缆与信号电缆三条电线[3]。其中，电源电缆长时间带电，以保证隔离开展正常开合。由于信号电缆与控制电缆距离较长，27.5kV接触网可能会对控制线缆造成影响，使其存在感应电压，导致操作机构的分闸与合闸接触器在感应电压过大的影响下接通电机回路，造成操作机构误动。
（7）光纤控制故障
在高速铁路接触网隔离开关实施光线控制方案后，需要隔离开关的操作机构电机电源始终处于带电的状态中，在受到外界的影响时，操作机构箱的合闸接触器可带动电机回路，导致误合闸的现象发生。同时，接触网隔离开关周围通常会设置相应的监控单元，以便区分故障，并分回路供电，虽然在此基础上设置了若干浪涌保护器，但电气干扰机构箱或监控单元时，浪涌保护器响应的动作也会导致开关操作机构箱以及监控单元失电，使合理开关出现拒动现象。
四、高速铁路接触网隔离开关故障的防范措施
（1）触点烧损
在隔离开关的日常检修与维护过程中，针对隔离开关刀闸触点烧损的问题，首先需要合理调整触头紧固件，保证压缩弹簧之间有着良好的夹持力，避免刀闸在合闸时因压缩弹簧的夹持力不足而出现不到位的现象[3]。同时，在不影响开关正常取流的情况下，合理加涂导电膏，并对触头表面进行检查，观察触头是否存在脏污与氧化等现象，通过测温贴监控刀闸温度的变化情况，若发现温度变化较大，可使用水滴开关触点，或是增加软连接于刀闸处，促进刀闸受流面积的增加，以降低隔离开关刀闸触点烧损现象的发生率。
（2）绝缘子故障
对隔离开关瓷釉情况予以高度关注，尤其是在日常检修与维护工作中保证瓷釉与绝缘子瓷瓶界面的完好无损，一旦发现绝缘子破损的现象，在第一时间内进行更换。同时，针对个别污染与破损较为严重的区域，适当增加清扫力度，尤其是部分绝缘体具备较高的特殊性，需加大关注力度，做好清扫与维护等工作。
（3）接地刀闸故障
在日常维护过程中对电动操作隔离开关进行模拟，观察隔离开关的接地刀闸分合闸情况是否到位，并对接地刀闸转动部分的螺杆长度做出相应调整，以保证接地刀闸合闸后与缓冲的部位之间存在一定余量[3]，减少合闸撞击，避免绝缘棒断裂。此外，考虑到部电缆或其他异物可能会导致刀闸合闸时出现故障，需要对可能侵入接地刀闸分合闸路径中的电缆、异物进行固定，避免异物影响刀闸合闸过程。
（4）弓网脱落
在任何时候都需要保证电缆已经妥善固定，并且在维护过程中检查电缆转角处连接情况，避免与支架卡滞。同时，严格保证接线端子压紧、固实，使用不锈钢扎带将各电连接线进行绑扎，确保线夹接触面与电缆、汇流排接触面与线夹之间紧密贴合。最后，严格实施验收操作，即根据相关的规定与标准对各环节进行验收，尤其是注重检查电联线夹的状态，尽可能减少弓网故障的发生。
（5）远动控制RTU通信故障
针对运动控制RTU通信故障的问题，首先需要对通信光缆开展全面普查工作，安排专人检测各地段光缆情况[4]，合理配备故障测距装置，确保光缆中断情况发生时可在主控屏上直接显示终端位置，促进高速铁路接触网隔离开关远动性能的提升。其次，使用单独光缆检修井，提高设备的抗干扰性，以便设备可在恶劣的工业污染环境中正常运行，并满足AT工点运行环境的要求，可实现远距离传输采集信号的过程。最后，考虑到现阶段使用的UPS电池寿命短，需要更换电容量更大的UPS，保证一次充电尽可能满足所需，从而减少充电的次数。在条件允许的情况下，可结合线性技术要求以及既往经验，全面升级现有的RTU系统，例如应用4G-LTE网络对接触网隔离开关进行远动操作，以促进通讯速度与质量的提高。
（6）传统电缆控制故障
简化目前的隔离开关操作机构电气部分，把整流器、空气开关等电器元件去掉，仅留下限位开关、电动机回路与辅助接点，并且可使用直流电机提高以上操作的可靠性。对操作机构进行简化后，分闸与合闸能够在机构箱中将电机电源切断，而辅助接点也能够获取并返回分闸与合闸的位置信号。
（7）光纤控制故障
对控制回路进行重新设计，主要选择接触网直接操作、开关远方操作等方式，设置分闸与合闸接触器于控制回路中，保证隔离开关能够正常进行分闸与合闸动作,其作用在于通过接触器保持分合闸回路，待机构箱内开关感应到分闸与合闸到位后直接将电机电源切掉，在延时的情况下，控制器的接触器也能够断开保持回路。
结语
通过对高速铁路接触网隔离开关故障类型的分析，探讨和总结了接触网隔离开关在设计、施工及运营检修中存在的不足，提出了完善、改进建议。提高施工安装工艺标准、零部件的质量、完善和优化应急处置及设备检修方法，能够有效提升接触网隔离开关的运行质量，保证高速铁路牵引供电生产组织及应急处置的有序进行，为高速铁路的正常运营提供强劲保障。
【参考文献】
[1]程龙.电气化铁路接触网故障分析及防护措施分析[J].数码世界,2019(4):261-261.
[2]宫淑丽.地铁接触网常见故障及应对措施概述[J].科学与信息化,2018(5):167-168.
[3]甄德印.接触网开关电动操作机构烧损原因及对策[J].铁道机车车辆,2018(3):83-85.
[4]潘轮飞.浅谈接触网设备电气烧伤问题及应对措施[J].科学技术创新,2019(7):37-38.
论文作者:钱旭强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期
论文发表时间:2020/4/30
标签：故障论文; 高速铁路论文; 操作论文; 电缆论文; 绝缘子论文; 触点论文; 回路论文; 《工程管理前沿》2020年5期论文;