接触网风致异物安全防护设计

梅亮云

（国家铁路局 工程质量监督中心，北京 100891）

0 引言

随着我国铁路快速发展，高铁成为我国的亮丽名片。铁路运输为旅客带来了安全、绿色、便捷、高效、准时的良好出行体验。接触网异物是威胁高铁安全运营的重要因素之一［1］，近年来，由于大风天气导致的建筑工地防尘网、农村塑料大棚薄膜、菜市场塑料包装袋、含金属丝的风筝线、锡箔纸以及各种漂浮物等异物频频引发行车中断或事故［2］，严重影响旅客日益增长的出行体验要求，尤其是2021年以来，京津城际、京广高铁、京沪高铁、京哈高铁等先后出现了由接触网风致异物引发的多起行车事故。从政策保障、人工监测、物理防护、技术监测等多方面深入分析，提出具体解决方案。

1 风致异物引发接触网供电故障原因分析

目前，我国铁路主要有内燃牵引和电力牵引2种运输方式，其中电力牵引因环保、运力优势逐渐成为主要的运输方式。电力牵引基本原理是在铁轨正上方架设一条“之”字走向的接触网，接触网通过电力机车顶部的受电弓为电力牵引机车提供源源不断的电能。接触网是电力机车运行的唯一供电设施，因此接触网的安全可靠直接影响铁路行车安全。

大风天气时，大风导致铁路沿线附近建筑工地的防尘网、农村塑料大棚的薄膜、菜市场的塑料包装袋、含金属丝的风筝线、锡箔纸以及各种漂浮物等侵入接触网设备限界，进而引起接触网供电故障，导致行车中断或事故。

事故类型一般分为2类。一类是含金属丝的风筝线、锡箔纸等导电型异物，异物一端接触到铁路接触网导线或腕臂，另一端接地，形成短路，引发跳闸，导致行车中断；一类是建筑工地的防尘网、农村塑料大棚的薄膜、菜市场的塑料包装袋以及各种漂浮物等绝缘型异物，侵入接触网设备限界或悬挂在接触网上，会导致弓网关系恶化，受电弓瞬间断电或取流质量变差，引发刮碰、拉弧、打火或离线事故，严重时一旦缠绕到受电弓上，易造成接触网拉垮，进而引发塌网现象，造成严重事故。

2 接触网风致异物安全防护现状

安全运行是铁路运输最重要、最基本的要求，避免风致异物引发铁路接触网供电故障势必要主动采取安全防护手段。通常安全防护手段主要有政策保障、人工监测、物理防护、技术监测等。

2.1 政策保障

政策保障指依靠国家有关法律、法规以及有关主管部门的规章、规范性文件等，一方面对风致异物的产权单位或责任单位形成事前震慑效应，减少或杜绝风致异物的产生；另一方面作为对风致异物的产权单位或责任单位事后处罚的执法依据。目前，有关政策主要有：

2.1.1 《铁路安全管理条例》

第五十三条禁止实施下列危害电气化铁路设施的行为：

（1）向电气化铁路接触网抛掷物品。

（2）在铁路电力线路导线两侧各500 m的范围内放风筝、气球等低空飘浮物体。

2.1.2 《高速铁路安全防护管理办法》

第二十四条规定在高速铁路电力线路导线两侧各500 m范围内，不得升放风筝、气球、孔明灯等飘浮物体，不得使用弓弩、弹弓、汽枪等攻击性器械从事可能危害高速铁路安全的行为；在高速铁路电力线路导线两侧升放无人机的，应当遵守国家有关规定；对高速铁路线路两侧的塑料大棚、彩钢棚、广告牌、防尘网等轻质建筑物、构筑物，其所有权人或者实际控制人应当采取加固防护措施，并对塑料薄膜、锡箔纸、彩钢瓦、铁皮等建造、构造材料及时清理，防止大风天气条件下危害高速铁路安全。

2.1.3 《国务院办公厅转发交通运输部等单位<关于加强铁路沿线安全环境治理工作意见>的通知》（国办函〔2021〕49号）

通知明确要求：构建政府主导、部门指导、企业负责、路地协同、多方共治的工作格局，依法解决突出问题，及时消除事故隐患，去存量、控增量，有效防范化解风险，持续改善铁路沿线安全环境；以铁路两侧500 m范围内的彩钢瓦、石棉瓦、树脂瓦、简易房、塑料薄膜、防尘网、广告牌等轻质物体为重点，建立存量问题隐患库，制定针对性整治方案，实行闭环销号管理，力争2022年底前全部治理完成。

《铁路安全管理条例》对于接触网风致异物的有关规定过于笼统、操作性不强。《高速铁路安全防护管理办法》仅适用于高速铁路，应该进一步出台适用于普速铁路的管理办法。铁路沿线安全环境治理工作开展以来，全国各地“路地双方”积极构建“双段长制”，将隐患排查制度常态化，重点排查整治铁路两侧500 m范围内存在的安全隐患，有效遏制各种异物隐患的滋生蔓延，铁路沿线环境明显改善。

2.2 人工监测

目前，对风致异物的监测，各铁路局集团公司供电段一般采取2种人工监测方式：一种是安排巡线人员定期巡视接触网；另一种是安排巡线人员添乘机车定期巡视接触网［3］。这2种方式都比较传统，优点是准确无误，能精准的判断漂浮物的种类；缺点是效率低，不能连续24 h监测接触网系统，且人工和机械成本较高、劳动强度较大。

另外，机车乘务员途中瞭望也发挥了重要作用，能够第一时间发现接触网上的各种异物，及时果断采取减速或停车措施，确保行车安全。但机车乘务员一旦精力不集中时，不能及时发现异物，且易引起机车乘务员过劳现象。

2.3 物理防护

物理防护是沿铁路线路建设物理隔离屏障，将接触网系统与周边环境隔离。目前，国内铁路还未采取此方式。这种方式的优点是将异物与接触网直接屏蔽隔离；缺点是成本较高，且受周边环境限制，部分区域无法安装。

2.4 技术监测

目前，我国铁路基本未采用技术监测手段，只有部分区段在做试验性应用。技术监测主要有：视频图像、卫星图像、激光对射、红外对射、微波对射监测等。

（1）视频图像监测。主要由终端摄像机、视频分析服务器、通信网络系统、监控中心构成。基本工作原理是：沿铁路线每隔一段距离布设终端摄像机，终端摄像机采集接触网的视频图像，通过网络上传至视频分析服务器，一旦有异物侵入接触网设备限界时，内置算法的视频分析服务器通过自动比对识别出异物，发出报警信号至监控中心［4］。优点是能够直观看到异物图像、精准确定异物种类，缺点是夜间和雨雪雾等恶劣天气条件下误报率和漏报率较高。每公里综合造价10万元左右。

（2）卫星图像监测。基本工作原理是：由卫星携带高清摄像机拍摄接触网及其周边环境的图像，并传输到地面监控中心，监控系统服务器进行计算和比对不同时段的图像后，发现异物侵入接触网设备限界时，给出警示信号［5］。和视频图像监测相比，优点是铁路沿线无需安装终端设备，缺点是实时性差、现场异物图像不清晰、误报率和漏报率较高。每公里综合造价6万元左右。

（3）激光对射监测。主要由多光束激光探测器、通信网络系统、报警主机、监控中心构成，其中多光束激光探测器由成对的激光发射机和激光接收机构成。基本工作原理是：沿铁路线布设多光束激光探测器，激光发射机发射特定波长的多光束激光，激光接收机接收激光，一旦有异物侵入接触网设备限界时，势必遮挡激光束引发报警。优点是探测距离远、穿透能力强、抗强光干扰能力强、适应雨雪雾等恶劣天气能力强，缺点是成本略高、安装调试较耗时［6］。每公里综合造价15万元左右。

（4）红外对射监测。基本工作原理与激光对射监测相同，区别是探测光束是特定波长的多光束红外光。和激光对射监测相比，优点是在安防系统广泛应用、成本低、安装简单方便，缺点是探测距离短、恶劣天气条件下误报率和漏报率较高［7］。每公里综合造价8万元左右。

（5）微波对射监测。基本工作原理与激光对射监测相同，区别是探测光束是特定频率的微波。和激光对射监测相比，优点是安装调试简单、稳定性高，缺点是探测距离短、安装时须与接触网保持2 m左右距离［8］。每公里综合造价12万元左右。

3 接触网风致异物清除方法

在人工监测和技术监测发现异物侵入接触网设备限界后，铁路供电段申请“天窗点”，封锁线路、接触网断电、做好安全防护后清除异物。

（1）对于体积较小的异物，作业人员一般采用6 m长的专用杆直接将异物从接触网上移走。

（2）对于体积较大的异物，作业人员需要采用专用梯车将异物从接触网上移走。

（3）对于体积特别大、缠绕特别紧的异物，作业人员需采用接触网作业车将异物从接触网上移走。

（4）对于一些易燃的异物，也可使用接触网激光异物清除器清除，其基本原理是发射大功率定向激光燃烧异物。

4 接触网风致异物安全防护方案

本着以人为本的原则，将作业人员从单调繁重的巡视作业中解脱出来作为重要考量因素，同时要考虑监测系统的高可靠性、高稳定性，兼顾成本因素和安装调试的便利性。

（1）加强政策保障。政策保障属于主动防护和事前防护的范畴，经济成本最低。建议铁路主管部门和有关地方政府加强政策保障，尽快出台适用于普速铁路安全防护的管理办法，制定操作性强的细化管理规定，同时加强普法宣贯，使全社会形成人人有责、群防群控的安全防护氛围。

（2）一般区域采用视频图像和激光对射复合监测系统。本着优势互补和取长补短的原则，综合考虑各种技术监测手段的优劣后，同时考虑可靠性和成本因素，建议一般区域采用视频图像和激光对射复合监测系统。其中终端摄像机宜采用高清长焦摄像机，能大幅降低摄像机的安装数量；激光对射监测宜采用发射频率调制技术的特定波长激光探测器，可进一步大幅降低误报率和漏报率。

（3）重点区域采用物理防护。对于人口密集、周边环境复杂的重点区域，宜采用建设物理隔离屏障的安全防护方式，将接触网系统与周边环境直接隔离开，彻底杜绝风致异物侵入接触网设备限界，确保接触网安全稳定运行。

5 结束语

通过对各种技术监测手段的深入分析，前瞻性地提出“重点区域采用物理防护，一般区域采用视频图像和激光对射复合监测系统”的解决方案，为接触网风致异物的安全防护提供借鉴。考虑实际应用较少、可供借鉴的试验数据有限，建议有针对性的选择风致异物高发线路开展先期试点，对复合监测系统的实际应用效果深入分析，不断优化摄像机和激光探测器布设方案。