基于电气化的铁路接触网故障分析与防范研究

刘习文

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

众所周知，随着我国经济的快速发展，铁路运输已经成为主要的形式之一。我国《铁路“十三五”发展规划》中指出，预计到2020 年底，我国高速铁路里程将达到3 万公里，其电气化比例也均达到70%，这将进一步提升我国铁路运输能力，使总运营里程突破15 万公里，基本完成对我国各区域的覆盖，并构建起层次分明、安全高效的铁路网络。接触网系统作为现代铁路的关键组成，为动车组及电力机车提供着电能保障，其安全高效运行将事关全局，因此必须在接触网故障分析与防范能力，为电气化铁路提供不间断的能源支持，避免因接触网故障而引发的运行问题，真正凸显我国铁路运输网的规模优势。

1 电气化铁路接触网概述

所谓电气化铁路接触网，主要是以电能作为运行能源，由接触悬挂、支持装置、支柱与基础等部分构成。就其具体的结构而言，接触悬挂又由接触线、吊弦、承力索及连接部件构成，属于机车的直接能源供给部分。

支持装置则主要由定位装置、腕壁等连接件构成，其在于悬吊及支持接触悬挂，且发挥着负载传递的功能。支柱和基础部分以钢筋混凝土柱、基坑、钢柱和基础为主，接触悬

挂和支持装置的全部负载都将由该部分承受。根据铁路自身的基本特点，接触网的运行环境以露天为主，而受制于差异化的运行条件及环境，其在运行的过程中故障风险相对较高，一旦出现故障问题，将严重影响列车的正常运行。因此在接触网的应用上，需要结合实际的使用环境及需求，对其各项性能指标要加强关注，以适应各类运行环境，确保接触网发挥功能的同时，降低故障的产生率，达到提升效率和节约成本的目的。

2 铁路接触网故障的诱发因素

2.1 自然环境因素

基于其特殊的应用需求，铁路接触网需设置于露天环境之中，受自然环境及材料物理特性的影响，在实际的应用中存在着脆弱环节，如在面临恶劣天气时，其抵御能力相对较弱，在遭遇大雾、雷击等天气时，极易导致接触网天窗部分被击穿，从而中断电力能源的供应，使机车陷入瘫痪状态，甚至引发一系列的设备损害。而在面临冻雨天气时，还将引发电网冻结问题，出现接触网弓网现象，加之地震、泥石流等各类地质灾害影响，都会给接触网造成严重迫害，给铁路运行造成巨大损失。

2.2 接触网材料因素

接触网所涉及的故障中，因材料而引发的占据了一定比重，一方面是由于在材料质量控制上存在缺陷，使劣质材料被应用其中。另一方面则是由于材料技术及设计要求匹配问题，导致材料使用期限及性能受限，最终使接触网故障率居高不下。由此对于材料的控制必须纳入重要管理范畴，以避免此类问题的持续产生。

2.3 检验工作因素

检验是预防及排除潜在故障的重要方式，在接触网的检验过程中，对于其机械受力强度评估不准确，同时对于各个节点的零部件检查不细致，使日常检验工作效率及质量较低，无法及时的了解接触网运行状态。因此一旦接触网零部件产生脱落问题，势必影响其整个网络的正常运行。除此之外，随着列车运行密度的增加，进一步增加了接触网维护压力，其故障周期及故障率也持续增加。

2.4 电流影响因素

电气化铁路以电力能源为基础，因此在接触网的运行中，由于受到电流变化的影响，使其难以发挥出应有的效能，导致运行的稳定性及效率下降，一定程度上影响电力能源的输送，一旦出现较大范围的变化，势必导致接触网的部件故障。

3 电气化铁路接触网故障类型

3.1 电气连接故障

接触网最核心的功能在于电力供应，属于一种机电结合的设施，由此在实际的应用中易出现电气故障。电气烧伤是接触网常见故障之一，同时也是影响较为严重的故障类型，该故障的产生大部分源于电气设计，即牵引裕量与牵引运能变化之间的不适应性所致，尤其随着新时期运输需求的增加，极大的超出了以往的设计预期，从而导致电气烧伤故障成为常态。

3.2 弓网故障

弓网属于电能输送的主要承载形式，其可以实现单边供电、双边供电及越区供电等模式，而其在实际使用过程中，同样面临着一系列故障问题，主要源于两个方面的影响。一方面，由于弓网长时期处于高负荷状态，其各种零部件将产生不确定的形变，甚至发生脱落的现象，从而引发弓网故障问题。另一方面，伴随我国铁路动力的不断攀升，给弓网的使用带来了极大压力，已经大大超出了零部件的使用预期，加之大幅提升的运行速度，给接触网的整体运行均带来负担，其脆弱性也逐步凸显。此外，在严峻的自然条件影响下，其弓网的故障率也显著增加。

3.3 绝缘故障

接触网依据其电力供应的属性，其自身承载着电力高压，相较于一般供电设施而言，接触网需要更近的接触距离，而这也导致其对于外因较为敏感，极易受到干扰和影响。由于接触网长期暴露于复杂环境中，外部所产生的污染物质会逐步附着于绝缘子表面，最终形成大量导电物体，导致绝缘子被击穿。并且在列车与接触网接触时，所产生的摩擦会产生积碳，如不加以及时处理，将大幅增加故障产生的概率。

3.4 支持装置故障

定位管腐蚀、绝缘子破裂、腕臂弯曲均属于支持装置的故障，这些故障的产生将产生影响接触网的运行。如腕臂弯曲的主要诱发原因是电弓故障或定位线夹失效，并逐步导致定位钩断裂或者变形。

4 电气化铁路接触网故障的防范措施

4.1 强化接触网质量管控

电气化铁路规模的大幅增加，促使着接触网管理难度的提升，为有效保证铁路的持续安全运行，必须要加强对故障源头的把控，提升对接触网的质量控制能力。在设计中应针对实际的运力需求进行分析，对跨距及拉出值加以科学判断，以确保接触网处于受电弓滑板的工作范围，并预留一定的变化空间，避免意外问题的产生。另外，为规避各类细节问题所引发的故障，在实际的质量控制中应加强对线路设备及零部件的关注，严格控制材料的应用标准，使之能够适用于高负荷的运行状态。

4.2 注重日常检修与维护

日常检修与维护是接触网故障预防的关键所在，通过一系列的检修与维护手段，可以在一定程度上提升故障预防效果，使故障隐患得到早期排除，甚至可以解决施工遗留问题。因此，对于日常的检修与维护的实施，必须要形成有效的管理机制，特别是将日常检修与维护纳入到管理监督范畴，全面提升日常维护的质量。同时，针对接触网常见的故障问题，要注重实时分析与定期检查相结合，对频发、高发故障及路线进行全面维护，并深入分析故障原因，使故障隐患获得全面排除。事实上，日常检修与维护作为基础性工作，无论是管理者还是操作者，均应当树立强烈的责任意识，切实将管理深入到细微之处，确保各个环节紧密衔接，避免接触网故障的频繁发生，提升电气化铁路的稳定运行效率。

4.3 优化外部环境的管理

从接触网的故障发生情况统计看，外部环境所引发的故障占据着极大比例，尤其是复杂环境下的接触网，极易产生故障问题。据此，对于接触网的防护与管理，应当切实依据实际情况加以优化。一方面，相关管理部门要对接触网周边环境进行巡查，对于可能引发接触网故障的隐患进行排除，如对周边的树枝、杂草进行清理，并跨越林区的路段进行彻底整治，对特殊地区进行详实的记录，以确保其外部环境的高效运行。另一方面，对于接触网本身也要加强管理，尤其是对设备污秽区实施绝缘清理，面对夏季的雷雨气候，应对接触网防雷装置进行检测，包括避雷器、接地保护设备等。而在冬季，则应做好建筑除冰等工作，及时发现设备故障隐患，避免引发更大范围的故障。

5 结语

综上所述，伴随电气化铁路规模地增加，接触网的维护需求也不断提升，作为基础的电力能源保障设备，加强接触网故障分析与预防，将有效降低铁路接触网故障率，为电气铁路运输提升可靠能源支撑。同时，在防范措施上也应从质量管控、日常维护及环境管理入手，实现管理效能的持续强化，从根源上解决故障问题，确保铁路运输的高效运行。