既有普速铁路接触网设备冗余整治措施的探讨

李世斌

（南宁铁路局供电处，工程师，广西 南宁 530029）

冗余设计技术是提高产品可靠性水平的有效设计技术之一。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。当然，冗余设计在体现良好性能的同时，也存在局部的不足，比如冗余设计一定程度上会增加生产成本，导致性价比和效能比的降低。根据局部冗余比整体冗余可靠性高的定理〔1〕，对既有部分接触网设备增设冗余措施，有利于提高接触网整体可靠性。

南昆线1997年开通运营，随着运输需求逐年变大，接触网设计存在不足也逐渐显现，在1998年和2005年分别进行接触网能力扩能改造，更换了部分承力索和支柱，并将部分水平拉杆支持装置改为平腕臂支持装置。但是在接触网扩能改造后，由于长期受运输繁忙、维修天窗不足及更新改造资金有限等因素的影响，设备老化，加速接触网设备故障频繁发生，严重干扰了正常的运输生产。在有限的条件下，如何通过有效措施对既有接触网设备进行整治，提高设备质量和安全可靠性，充分发挥设备潜能，保证运输生产安全显得尤为重要。

1 既有线接触网运行暴露的问题

1.1 接触网设计标准不高 南昆线接触网设计标准偏低，造成接触网稳定性和可靠性不高，主要表现在：接触悬挂类型采用全补偿简单链形悬挂，部分正线接触网承力索采用LXGJ-79型镀锌钢绞线，部分区段采用H38型支柱，大部分支持装置采用稳定性能较差的水平拉杆方式，造成接触网结构稳定性不高；接触网零部件主要采用早期标准生产的钩头鞍子、普通铝合金定位器、定位环等系列产品；接触网补偿装置使用小半径滑轮组；吊弦、定位拉线基本上采用Φ4.0镀锌铁线；接触网防雷和防污能力不足，接触网的绝缘泄漏距离为1 200mm，接触网防雷设备较少，每个区间只有在电分段锚段关节处设置1台避雷器等。

1.2 零部件制造工艺水平偏低 接触网零部件大多采用早期标准生产制造。早期生产的铝合金定位环和定位器等铝合金接触网零件容易失效〔2〕，经常发生定位环开裂缺陷。虽然铜合金、铝合金、不锈钢都具有优良的机械性能，但由于制造工艺和材料晶体组织等方面的不足，零部件在特定的介质环境下易发生应力腐蚀断裂。在电力机车受电弓通过、风载荷、环境温度变化等因素影响下，接触网系统会发生振动，使接触网零部件处于应力疲劳状态，一旦环境中有腐蚀元素，如电化学腐蚀，接触网零部件就会发生疲劳腐蚀断裂〔3〕。此外，接触网工区长期以来没有使用精准度更高的力矩扳手，而仅是凭经验使用快速扳手紧固接触网零部件，也是造成接触网零部件开裂的重要原因。

1.3 设备老化问题突出 在桥梁、隧道口、小半径曲线、风口等处所，定位环、套管绞线、定位线夹等接触网零部件由于长期受力较大，连接处磨损较严重，零部件的金属性能和机械强度大幅下降，且长期电化学腐蚀，接触网零部件容易出现开裂、断裂现象，惯性故障频繁发生。接触网补偿装置滑轮、补偿绳长期互磨后，机械性能严重下降，经常发生补偿绳断股现象。接触网长期受电力机车取流较大的影响，主导电回路的电连接线老化、电连接线夹处过渡电阻增大，容易造成接触网线索烧断事故。此外，隧道口处接触线定位用的硅胶绝缘子老化严重，绝缘水平严重下降等问题也大范围出现。

1.4 设备运行环境问题突出 设备运行环境较突出的问题是接触网防雷、防风、防破坏、防干扰能力不足，例如：接触网雷害问题突出，雷雨天气时经常发生悬式绝缘子被击碎；隧道口处没有设置防护网栅，隧道口和跨线桥处承力索没有采取保护措施，藤蔓植物生长较快侵限或路外人员将异物抛入等，造成承力索烧断事故；区间串补电容装置、枢纽地区等处所不同供电单元的电分段锚段关节处，两支接触悬挂存在电压差，承力索没有采取防护措施，电力机车受电弓长时间短接两支接触悬挂的接触线时，受电弓与接触线间由于接触不良而产生电弧，从而烧伤、烧断接触网线索；沿线危树侵限问题突出，遇有大风天气时，经常发生接触网瞬间接地故障。

2 整治措施

以上所述的问题极大地影响着南昆线接触网设备的安全运行。针对这些问题，近几年通过对既有接触网设备进行冗余整治，局部接触网设备进行更新改造，接触网安全可靠性得到了较大的提高，减少了对正常运输生产的干扰。

2.1 对既有接触网设备进行冗余整治 受投资费用有限、维修天窗和运输繁忙等方面因素的影响，在短期内较难完成数量较大的接触网水平拉杆支持装置改造，主要采取的措施有：增设定位管环防磨断加强线（见图1所示），当定位管环断裂后，防止定位管侵限，将接触网参数控制在安全值内；将原来的3片悬式绝缘子增加为4片，将绝缘泄漏距离为1 200mm的棒式绝缘子全部更换为泄漏距离为1 400mm的，提高接触网绝缘水平，增强防雷和防污能力；针对钩头鞍子可能磨断的问题，在斜腕臂套管绞环处增加防磨断加强线（见图2所示）。

图1 既有水平拉杆支持装置冗余措施

图2 钩头鞍子防磨断冗余措施

2.2 对老化零部件或线索增加临时冗余保护 既有接触网长期运行后，部分接触网零部件故障频繁发生，受整治工作量、材料采购周期、维修天窗点等因素的影响，短期内较难全面完成设备整治工作，在设备进行大修或更新改造前，为确保设备安全运行，必须采取临时过渡措施，典型的案例如下。

2.2.1 隧道承力索水平悬挂调整螺栓增加冗余保护

南昆线宁局管内共有135座隧道，隧道长度共计99.227 km，隧道内有3 423组承力索水平悬挂，水平悬挂的调整螺栓年久老化，抗疲劳能力下降，电力机车通过时振动导致调整螺栓裂断，使水平悬挂下坠侵限，曾经造成1件影响较大的弓网事故。

冗余保护措施：用双股Φ4.0镀锌铁线与调节螺栓并联作为冗余保护绳（见图3所示），冗余保护绳的一般情况下处于不受力状态，长度要合适以防止下垂侵限。通过冗余保护，已防止了多起调整螺栓裂断引起的弓网故障，有效地保证接触网安全运行。

图3 隧道水平悬挂调整螺栓冗余保护

2.2.2 隧道内下锚补偿装置补绳偿增加冗余保护

南昆线隧道内共有59组接触网补偿装置，下锚补偿绳在立柱滑轮转角处长期受力，转角处补偿绳因疲劳而发生断股，已出现过多起较严重的补偿绳断股故障，存在严重的塌网安全隐患。

冗余改造措施：在隧道下锚绝缘子与下锚立柱补偿绳间加装1根LXGJ79型油浸钢绞线作为冗余保护绳（见图4所示），绑扎线及钢线卡子加装按检修工艺规定执行，冗余保护绳要做好防止下垂侵限措施，冗余保护绳在一般情况下处于不受力状态。通过冗余保护措施，防止了补偿绳断导致的塌网事故。

图4 隧道下锚补偿绳冗余保护

2.2.3 接触线接头线夹“一改三”冗余整治 由于故障、施工等原因造成接触线存在接头，长期使用的接触线与新采购同型号的接触线结构参数一定程度上存在差别，在接触线接头处只安装一个接头线夹，连接强度不够，不能满足安全运行的要求，已出现过2次接触线接头线夹拉脱断线事件，存在安全隐患。

冗余保护措施：接头用3个接头线夹连接（见图5所示）。如果中间接头线夹被拉脱，两边各有一个冗余保护线夹将受力拉住接触线断头，暂时不会影响供电和行车安全，从而避免接触线断线事故。

图5 接触线接头“一改三”冗余改造

2.3 采用制造工艺水平较好的零部件 根据接触网软连接系统概念和系统解决方案，联合接触网供电金具制造专业厂家，采集各种接触网悬挂方式的实际数据，根据有关技术规范要求，计算出最佳的软连接尺寸，完善接触网零部件结构，达到适用范围广、耐腐蚀、互换性强，结构简单、牢固，安装、调整方便的新型软连接零件，解决既有接触网软连接零件在日常运行中受腐蚀、电蚀、磨耗、振动等因素影响等诸多问题。

2.4 对局部接触网设备进行更新改造 为提高既有接触网设备装备技术水平，参考高铁接触网设备装配较先进的特点，对曲线区段的H38型支柱改为H 78型支柱，将既有水平拉杆支持装置改为平腕臂支持装置，并使用冗余设计的定位装置〔4〕，增强定位环与定位电气连接，减少电腐蚀，在钩环破坏后，虽然电连接线不能作为钩环备用，但可以降低故障影响，将故障导向安全（见图6所示）；将使用Φ4.0镀锌铁线制作的环节吊弦、软横跨直吊弦、分段绝缘器斜吊弦、定位拉线等，全部更换为整体吊弦。

图6 冗余设计的接触网定位装置

2.5 对设备运行环境进行整治 提高接触网防雷能力，由原来每个区间电分段锚段关节设置1台避雷器，调整为隧道外每个锚段关节处设置1台避雷器；在隧道口、跨线桥、不同供电单元的电分段锚段关节和隧道漏水处，对承力索加装预绞丝防护条或辅助承力索；加强与工务部门的联控协调，在隧道口上方增设安全防护网栅，对跨线桥管线进行迁改或加固，对隧道顶部和跨线桥漏水严重处所加装引水板等。

3 结束语

通过以上冗余整治措施，较大地提高了既有线接触网安全运行的可靠性，有效降低了接触网故障影响范围，缩短了故障设备修复时间，保证了铁路运输的效率。同时，既有线接触网设备增设冗余措施，不仅可以最大限度发挥既有设备的潜能，降低发生接触网设备事故的风险，且可以适当延长设备大修和更新改造周期，节约铁路运营成本。

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

〔2〕钱云琪，胡月妹.铝合金接触网零件的失效分析和改进，电气化铁道〔J〕，2004（1）

〔3〕陈立明.接触网零部件应力腐蚀断裂分析.铁道技术监督〔J〕，2012（2）

〔4〕阙明.接触网定位装置冗余设计探索，电气化铁道〔J〕，2011（4）