高速铁路牵引供电系统接触网常见故障与对策研究

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一、引言

我国经济水平的不断发展,使得交通运输设施不断完善,其中铁路运输作为重要的交通方式发展尤为迅速。1975年我国第一条电气化铁路的建成运营,填补了我国电气化铁路的空白,经过40余年的发展我国铁路的总里程突破了13万公里,预计到2020年底,我国电气化铁路的占比将达到60%以上。因此,电气化铁路的发展与普及将成为铁路运输与建设的主体。在电气化铁路当中,接触网是为铁路供电的线路,同时也是受电弓的运行的载体。由于供电系统接触网受到外部复杂的地理环境与气候条件的影响,容易发生突发性故障。此外对于长期服役运行的接触网,其与受电弓的接触与摩擦容易发生设备自身的退化等失效故障。当供电系统接触网发生故障时会给高铁秩序产生影响,严重情况下会威胁到高速铁路的安全运行。与普通的供电线路不同,高铁接触网主要存在以下两个方面的特点。首先,接触网沿着线路进行假设,其系统内包含机械、电气等复杂部件,并且由于各个部件之间的材质、性能不同从而导致全生命周期与失效导致的后果存在差异。其次,接触网是露天假设,直接与外界进行接触,这使得外界环境因素对于接触网的性能产生影响。高速铁路的安全运行对供电系统接触网的可靠性提出了更高的要求。因此,需要详细分析供电系统接触网常见的故障,并制定相应的维护策略,延长其使用寿命,保证其安全稳定运行。

二、供电系统接触网定义与构成

接触网是为电气化的高速铁路运行提供电能的线路。接触网作为供电系统的重要组成部分,其运行的可靠性直接决定了高速铁路运行的安全性与稳定性。接触网由于其供电对象的特殊性,需要其保证在复杂条件下可靠运行。由于接触网与受电弓在动态配合上的限制与要求,使得其在运行环境,工作负荷上与普通的电网有很大不同。从组成上来看,接触网一般有支柱、悬挂、定位与支撑装置构成。下面详细介绍这几个部分的作用。支柱主要负责接触网的支撑,它要求支撑材料满足设定的强度,并且材料具有良好的耐腐蚀性。悬挂是由接触线、承力索以及其他的连接部件构成,主要负责将电能顺畅地输送到列车上,其需要具有良好的机电性能。定位装置的主要作用是将受接触网限定在受电弓获取电能的位置处。

三、供电系统接触网常见故障

供电系统接触网常见的故障可以分为以下三类,第一类为系统结构尺寸与位置的故障;第二类为电气系统方面的故障;第三类为绝缘相关的故障。下面将针对这三类故障的失效原因进行分为,从而为后续的维护策略提供依据。

(1)系统结构尺寸与位置故障。在电气化列车的运行过程中,列车通过受电弓从接触网中进行取电,具体的接触网通过定位装置将其限制在受电弓中,为受电弓进行供电。然而接触的位置与收到支柱的结构尺寸与位置的影响,当支柱位置安装存在较大偏差,则会导致受电弓与接触网直接的配合异常,从而影响列车的供电。当发生系统结构尺寸与位置故障时容易导致受电弓发生刮弓等故障,此外还容易导致接触网的变形、断裂等。综合来看造成此类故障的原因可以归结为以下几类。首先是施工过程当中,支柱的安装位置存在较大误差,不满足施工质量要求。其次是接触网系统中的零部件的松动或者是脱落造成受电弓与接触网之间的定位不准确。再次是供电系统接触网受到自然灾害的影响使得其发生结构尺寸的改变与位置的偏移,从而造成具体的故障。

(2)电气系统故障。电气系统的性能直接影响到接触网的供电性能,其常见的故障有线索的开裂或断开设备线夹处的烧伤。造成这些故障的主要原因归结为以下几类。首先是在电气系统的施工过程中未能严格按照要求安装电线连接夹,导致其长期运行过程中出现松动。此外不同的带电悬挂之间存在接触的不稳定容易产生电位差,从而产生电弧烧伤设备线夹。

(3)绝缘类相关故障。接触网的供电方式要求对地的绝缘要求较高,由于供电系统接触网距离地面较近容易发生绝缘类的故障。其常见故障有接触网对地放电,绝缘子闪络等。导致这些故障的原因可以归结为以下几类,首先是供电系统接触网附近可能存在建筑物、树木、鸟巢等导电体从而引发短路。此外,供电系统周围的环境可能存在污染,并且长期未打扫,导致环境中存在大量的导电介质,容易引发短路。

四、供电系统接触网维护策略

针对以上供电系统接触网的故障拟采取以下维护策略来提高接触网的可靠性与稳定性。

(1)加强施工质量管理,为了避免出现结构尺寸以及位置类的故障。在设计与安装初期应当加强质量管理,提高风险意识,从源头上降低出现故障的几率。

(2)定期对供电系统接触网以及周围的运行环境进行检查,对于存在的隐患问题及时进行反馈并制定科学合理的策略进行隐患的消除。

(3)通过接触的运行电流或者外部加装传感器等措施实时监测其运行状态以及周围环境的状态,从而能够及时发现故障,并根据大数据建模技术提前预测其故障发生的时间从而做好预测性维护。

五、总结

电气化高速列车是我国客运系统的重要组成部分,并且随着科技水平的不断提高,电气化与智能化水平将不断提高。电气化列车供电系统复杂且运行环境多变,其接触网的可靠性对于整个列车的安全运行直观重要。对此,本文详细分析了迁移供电系统接触网的典型故障以及失效原因,并根据失效原因制定了相应的维护策略,从而提高供电系统以及列车运行的安全性与稳定性。