接触网定位装置冗余设计探索

阙 明

0 引言

冗余设计有热备冗余、温备冗余和冷备冗余等。该技术是提高产品可靠性水平的有效手段之一。对产品进行冗余设计，就是对设计部分并联相同（或不同）的单元、冗余单元和原单元实现相同的功能。

但是冗余设计并不是万能的，而且会增加较大的成本，导致性价比和效能比的降低，那么在什么情况下采用冗余设计技术，在设计产品的哪个层面采用冗余设计，才能以最小的代价最大限度地提高设计产品的可靠性呢？笔者在下文中发表一些自己的看法。

1 局部冗余设计

从国内外铁路电气化专业来看，变电所从外部电源、变压器、开关设备、控制设备等均采用了冗余设计的理念，实现了冗余设计；而接触网悬挂，由于其特殊性及性价比问题，整体的冗余设计是非常困难，也是没有必要的，就目前世界范围来看，可以称得上是整体冗余设计的悬挂方案应该是前苏联设计的自动补偿空间菱形悬挂接触网，但是由于该悬挂造价等方面的原因，仅在外高加索地区局部应用，未能推广应用。

国内外专家提出了局部冗余设计的理念，并且通过理论计算证明局部冗余比整体冗余可靠性高，也就是说冗余设计应该从最基层单元做起，是给特定设计单元并联一个完全相同的单元的设计方法。

2 局部冗余设计在定位装置上的应用

接触网可以分成接触网悬挂、附加导线和接地回流3大系统，每个系统又是由各种不同作用的单元组成。与行车密切相关，其可靠性直接关系到运营安全的是接触网悬挂系统中的定位装置单元。

2.1 接触网定位装置存在的问题

目前广泛采用的接触网定位装置是由定位环、定位管、定位器及定位管斜拉线组成（如图 1所示），该安装方式也是完整的德系系统，其优点是定位管可以自由抬升，在事故情况下，定位器抬升至极限限位后，可以通过定位管的抬升来防止弓网事故的进一步恶化，起到避免弓网事故扩大的效果；同时，平常运行中，由于定位器与定位支座、定位管与定位环是钩环连接，从接触网上传至悬挂结构的振动，在定位器、定位管间衰减，对保护定位器连接有积极作用。但是该结构的缺点是定位管上的定位钩与定位环间存在电弧烧蚀及磨损，极端情况下还会造成定位环、定位钩断裂；定位管斜拉线反复受力，极易疲劳，定位管斜拉线断裂、压接处脱落的情况时有发生。上述情况引起定位装置整体脱落，将导致非常严重的弓网事故，甚至整个锚段的塌陷。

如何充分发挥该定位装置的优势，避免上述事故的发生，利用局部冗余设计的理念，采用单元备份或其他方式，避免事故发生或在事故状态下导向安全。

图1 接触网悬挂支持系统图

2.2 局部冗余设计方案

（1）定位管拉线冗余设计方案。定位管拉线由原来的Φ6不锈钢绞线，改为Φ3.5不锈钢丝，结构改为如图2所示，定位管抬升时，不锈钢丝拉线在安装孔内自由抬升，该结构采用了冗余设计，双拉线配置，同时避免了绞线的压接、疲劳等问题。

图2 定位管斜拉线冗余设计安装及放大示意图

（2）定位管与定位环安装设计。在定位管与定位环间增设一个电连接，见图3。该电连接有2种作用，一是导通腕臂与定位管之间的电流，这样，加上定位器上的电连接，从承力索座—腕臂—定位管—定位器—接触线间的电流通道被彻底打通，避免了该处由于钩环连接造成电气接触不良，引起钩环间电弧烧蚀的事故；二是该电连接线在考虑一定强度的基础上，可以作为钩环连接处的冗余，虽然在钩环破坏后，该电连接线不能作为钩环备用，但是可以起到牵制作用，避免定位管坍陷引起的重大弓网事故，将事故导向安全。

图3 定位管与定位环间增加电连接线示意图

3 结论

通过对冗余设计的理解，采用局部冗余设计的理念，对接触网定位装置局部单元进行冗余设计。从以上方案也可看出，在修改了定位管拉线结构，定位管与定位环间增设电连接线后，不但弥补了接触网定位装置长期以来的薄弱环节，而且对悬挂整体的可靠性也有较大提高。

[1]孙怀义.冗余设计技术与可靠性关系研究[J].仪器仪表学报，2007，28（11）.

[2]孙怀义，王瑞，刘琴，等.冗余设计技术的有效性研究[J].自动化与仪器仪表，2007，（6）.