高速铁路接触网断线监测技术浅探

张振勇

铁路接触网是高速电气化铁路运行不可缺少的装置。随着接触网施工技术、监测技术、零部件制造技术的发展以及运营管理技术的日益成熟，接触网运行可靠性得到了大幅度的提高。但是由于其运行环境的特殊性，尤其是高速铁路，接触网要承受高速列车以一定的压力高速接触摩擦运行，再加上大电流产生的热，还要受拉力、电弧、风雪、雾雨及大气污染等因素的影响，使处在昼夜不停动态运行状态之中的高速铁路接触网，发生断线故障的可能性较一般电力供电线路大得多。

1 接触网断线的原因

1．接触网导线长期磨损，造成截面减小、机械强度下降，到一定程度时，无法承受接触网额定张力而发生接触网断线。

2．在接触网上网点、股道电连接等接续点，由于电气、化学腐蚀造成电气接触不良，长期发热、放电而发生接触网断线。

3．由于机车弓网事故或机车故障、机车司机操作不当、雷击等恶劣天气等原因造成接触网断线。

2 接触网断线后两种情形的危害

1．接触网断线后接地，使牵引变电所相应供电臂触发保护动作，断路器跳闸，但是现有牵引供电综合自动化系统只能显示为接触网接地故障跳闸，而不能判断出是接触网断线还是接触网其他部件接地。

这种情况发生后，导线接地，供电系统中断，铁路行车中断，对铁路工务、电务、通信等设备造成不同程度的损害和影响。例如：京沪高铁开通运营初期，在济南局管内某区间接触网由于恶劣天气遭受雷击，发生接触网断线，牵引变电所跳闸，故障区间中断供电近2小时，中断京沪高铁下行方向行车，造成近20趟列车出现不同程度的晚点。对铁路造成的损失不可估量。

2．接触网断线后接触网不接地，牵引变电所保护不动作，断路器不跳闸，现有技术条件无法第一时间发现故障发生，更无法确定故障地点。

此种情况发生后，导线不接地，接触网还在供电，导线悬于铁路线路上方，断线不会对工务、电务、通信设备造成损害。但这类的故障很可能会造成运行中的动车组出现打弓、刮网甚至塌网等情况，对人身和行车设备造成更大损害。

3 接触网断线监测系统分析及改进建议

如果能有一套系统在接触网断线时及时发出报警信号并显示出接触网发生断线时锚段及公里标，那么供电调度就能根据收到的报警信号，及时通知断线区域附近的列车和人员，避免接触网断线给列车和人员造成伤害，也可以防止事故范围的扩大。如果能及时发现接触网断线发生的准确地点，还能为故障抢修节约时间，减少断线事故影响，提高运输的经济效益，而且能使故障带来的损失降低到最小程度，为电气化铁路供电的安全运行提供多一层保护。

目前的接触网断线监测技术研究主要有3个方向：

1．通过牵引变电所综合自动化系统中电压、电流变化发现接触网断线，这是长久以来从电气原理方面监测接触网断线的研究方向，但是一直没有大的进展。现有接触网故障测距系统只能监测到断线后接地的接触网断线故障。虽然能显示为故障接地，并能测量故障点的大概位置，但却不能判断出是接触网断线接地还是其他电气故障接地。如果故障测距更精确，能够区分开这两项故障接地，就可以把故障测距做为一种监测辅助手段。

2．通过现代先进的激光测距技术，监测接触网补偿系统坠砣a、b值变化，来监测接触网断线。在接触网补偿器加装激光测距装置，单片机控制，可以定义测量间隔和数据存储，并且具有无线数据上传功能，每个测距装置具有独立的ID，可以实现每个补偿器B值的实时连续监测和数据存储。

这种方法使用的技术先进，通过监测接触网补偿系统a、b值变化大小和时间长短，来判断接触网状态。如果监测发现a、b值发生突变并超出正常范围，就可判断出接触网断线并报警。但是由于激光实时测距装置功耗较大，监测点需采用太阳能电池板与蓄电池组供电方式，其相关设备复杂、不利于投入实际运行。并且在采用棘轮补偿装置的高铁接触网断线后，坠砣a、b值变化的范围不明显，很多情况下检测不到断线。

如果能降低激光测距的功耗，或者通过声波等其他低功耗测量距离手段代替激光测距，功耗降低后取消太阳能板，只靠高性能锂电池就能为装置提供长时间的供电，这样就能使断线监测装置更便于安装，更宜投入实际运用。如果再通过长时间运行，总结出采用棘轮补偿装置的接触网锚段断线后a、b值变化规律，完善监测后台系统分析数据，使它能更准确判断出接触网锚段断线，这套系统就可以比较全面的监测接触网断线故障。

3．通过监测接触网张力变化来发现接触网断线是一种不错的设想。它通过分析接触网接触悬挂张力变化，研制了一种安装在接触悬挂下锚终端的张力在线监测系统。当接触网张力超出允许数值时，通过GSM网发出短信预警信息，及时发现接触断线事故的发生，并能起到快速查找的作用。该系统采用ARM嵌入式微处理器和磁致伸缩式张力传感器，采用GPRS短信通信方式进行断线报警，系统功耗小，采用高性能锂电作为电源，实现较为简单。但是它要把张力传感器装在接触导网下锚终端上，安装和检修需接触网停电，并且由于应力感应器安装的位置限制，不能全面监测接触网断线。

如果将导网下锚终端上的应力传感器安装在不需接触网停电，并且便于检修维护的地方，如接触网补偿装置坠砣杆上方，而且能真实监测到接触网应力的变化，这套系统将会更有实用价值，就很可能得到推广应用，成为铁路牵引供电系统断线监测的一套实用性产品。

4 结论

接触网断线监测技术的研发应按照安装简单、维护检修方便，安装检修过程中无需接触网停电，并且不间断设备运行，服务一线的原则，经过对现有监测系统的不断完善，取长补短综合应用，接触网断线的实用监测系统，将成为高速铁路牵引供电系统安全运行的一项重要技术，为牵引供电系统的安全运行提供多一层保护。

［1］ 谭秀炳 ．交流电气化铁道牵引供电系统［M］．西南交通大学出版社，2007．

［2］ 于万聚 ．高速电气化铁路接触网［M］．西南交通大学出版社，2003．