杭长高铁接触网运行动态问题分析及整改措施

王金辉 中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段

1 引言

1.1 研究背景

杭长高速铁路，即沪昆高速铁路杭长段，简称杭长高铁，又名杭长客运专线，是一条连接浙江省杭州市与湖南省长沙市的高速铁路，是《中长期铁路网规划》（2016年版）中“八纵八横”高速铁路主通道之一，与沪杭高速铁路、长昆高速铁路共同构成纵贯中国东西向的沪昆高速铁路。

2014年12月10日，杭长高速铁路杭长段正式开通运营，设计的最高速度为350 km/h。

自2014年截止至2021年1月已开通6年，临近维规中进行精测精修的7年标准。但同向对比杭州供电的管内其他同年限线路，杭长高铁设备故障及事故出现尤为多。

本次研究以中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段金华高铁供电车间管辖范围内的杭长高铁（K177+256～K429+204）间接触网设备的运行检修工作为例，其供电方式为全并联AT供电方式（江山存车线为直接供电方式）。

1.2 研究目的

本次调查研究主要是为了深化了解并加强设备源头管理，掌握设备质量变化规律及情况，并据此开展针对性分析设备特征，达到提高日常工作检修质量，提高检修效率，提出解决方案，优化人员配置。

1.3 研究思路

工程质量、装备质量的源头控制，情况太多的问题。接触网质量状态的变化规律和趋势。

核对设计图纸，设计图纸中的漏洞，对接触网长期运行后产生的影响，总结介入期间的问题库，总结缺陷出现频率。

就6年来的问题进行倒推，从人的意识和管理上，设计盲区上，总结为什么会有这样的设计错误，找出潜在规律。

2 理论基础

2.1 杭长线路设计及背景调查

杭长客专设计单位为中铁第四勘察设计院集团有限公司担任。

杭长客专设计年度中，运行预测年度为近期2020年，远期2030年，即设计满足近期，且在维护情况下满足远期。

设计中，考虑路网开通，预测至2020年初步有金华-衢州147对列车对数，截止到2021年5月列车对数约135.5对。

杭长客专牵引供电系统采用AT供电方式。

2.2 杭长跳闸情况统计

2015年：接触网雷击断线1次，受电弓故障1次（其他记录缺失）。

2016年：电压互感器故障1次；外单位重型机械经过护栏外通道，利用推土机扩宽通道，切断电缆1次；雷击9次。

2017年：异物1次，机车过负荷1次。

2018年：过负荷跳闸1次，机车故障导致放电引起接触网跳闸1次，过负荷跳闸1次。

2019年：分相吊弦断裂跳闸1次，过负荷跳闸1次。

2021年：定位器脱落跳闸2次。

2.3 杭长开通至今重要设备变化及开展的专项整治

（1）2015年管内所有综合接地线、吸上线全面补完，装设防盗螺栓。新建江山站存车线。

（2）2016年新增避雷线（在支柱上端加装长约1.5 m肩架架设避雷线，形成保护半径），拆除避雷器，更换避雷脱扣器。

（3）2017年管内分段整治、电缆路径排查。

（4）2018年管内定位器不受力整治、线索交叉相磨专项整治、弹吊问题整治。

（5）2019年吊弦更换。

（6）2020年吊弦更换、附加导线交叉整治。

3 现状与问题分析

3.1 现存突出问题分析

现在杭长主要的惯性故障、突出设备隐患体现在以下四点：

（1）附加导线动态风偏距离不足易引起接触网跳闸故障

（2）接触网线索交叉相磨安全隐患以引起接触网断线故障

（3）杭长高铁吊弦易断裂引起接触网弓网、跳闸故障

（4）定位器不受力引起接触网弓网、跳闸故障

我们对此进行问题一（附加导线动态风偏距离不足）进行分析。

①为了防雷PW线设置高于AF线，但在隔开或避雷器处AF线需要与引线连接，就此形成了PW线与引线交叉，可能因风摆导致间距不足放电跳闸，如图1。

图1 PW线与引线交叉

②降低PW线，避开PW线与隔离开关或避雷器引线的交叉，但是导致跨中PW线与AF线交叉，可能因风摆导致间距不足放电跳闸，如图2。

图2 PW线与AF线交叉

③附加导线在进站或经过上跨桥等情况是，需要转为柱顶绝缘子，形成PW线与AF线上下交叉，但是此情况绝缘距离符合设计和标准，且交叉在支柱附近，随风摆动量较少。因风摆跳闸可能性低，如图3。

图3 PW线与AF线上下交叉

④AF线PW线前后支柱对线下锚，形成PW线与AF线上下交叉，但是此情况绝缘距离符合设计和标准，但由于交叉在支柱附近，随风摆动量较少。因风摆跳闸可能性低，如图4。

图4 AF线PW线前后支柱对线下锚交叉

问题二（接触网线索交叉相磨安全隐患以引起接触网断线故障）进行分析：其主要原因为全补偿弹性链型悬挂设计、定位管双吊线亢余设计、承力索座定位钩功能3种设计，导致定位管三角区域中，空间复杂且狭窄，若遇到曲线、关节或车站等复杂情况，就极易导致线索间距不足，甚至弹吊卡入定位钩，如图5。

图5 关节处所线索交叉相磨安全隐患

问题三（杭长高铁吊弦易断裂引起接触网弓网、跳闸故障）进行分析：

主要原因如下：

①从开通以来每年断裂的数量统计来看，2016年至2021年吊弦断裂数量呈现逐年增多的现象，截止到2021年5月底共计断裂185根。

②从吊弦断裂的分布位置统计来看，吊弦2断裂78根，占比42.19%；吊弦3断裂52根，占比28.13%；说明吊弦2和吊弦3更容易断裂。

③从吊弦断裂的结构分布统计来看，断裂吊弦有126根位于中间柱处，占比68.1%；45根位于转换柱处，占比24.32%，其他占比7.58%，说明转换柱和中间柱处的吊弦易断。

④从吊弦断裂的部位统计来看，185根断裂吊弦中有127根断在吊弦下部压接处，占比68.64%；141根断在吊弦上部压接处，占比22.16%；6根断在吊弦下部载流环压接处，占比8.64%；1根断在吊弦中部，占比0.05%。由以上数据可以得出，99%的吊弦都在压接处断裂，可见吊弦压接管处可能是导致吊弦折断的一个因素。

⑤从吊弦断裂所处直线、曲线段分析来看，直线和曲线的比例差异并不明显，未有明显规律。

⑥吊弦线在上线运行一段时间后镁含量发生下降，低于标准规定的“高镁铜中镁含量为0.3%-0.5%”的情况，可能是造成吊弦断裂的一个因素。

问题四（定位器不受力引起接触网弓网、跳闸故障）进行分析，主要原因有以下几点：

连续定位器布置，致使受力不佳导致整个定位器各部分磨损，特备是曲线处的定位器。

曲线、岔区、车站定位器安装时，拉出值不标准受力不佳导致整个定位器各部分磨损。

近期我们又发现了一种定位器线夹的情况，他一般出现在定位器受力良好的情况下，出现的定位线夹磨损，如图6、图7。

图6 磨损定位线夹照片

图7 磨损销钉照片

其磨损原因主要三点：定位器坡度与本支柱外轨超高不符合、定位器坡度超限，且随线路运行情况，温度线索伸缩变化，线夹端头磨损，如图8。

图8 磨损原因分析

对以上四点突出问题分析结论：我们结合前文可以得出结论：（1）杭长初始设计中有较多的隐患存在，（2）随着线路预测年度是2020年到来，关于动态包络线附近的设备，定位装置(定位器，线夹，支座定位管)分段，线岔，有交线岔存在批量，普遍性的设备磨损情况，但是仍能保证设备运行至远期目标，但是总体呈现劣化趋势，不能保证每年不发生影响行车的缺陷。

3.2 设计角度分析

我们根据问题库以及突出设备缺陷，可以发现设计中突出的问题主要体现在：

定位处的连续正（反）定设计（错误）。

定位管双吊线亢余设计（可行），但承力索座承担定位钩功能（错误），复杂关节车站部分设备仍吊线设计（错误）。

PW线防雷功能设计（大错误），错误1：防雷功能差，2、与AF线易形成交叉，风摆放电，3、导致后期加装避雷线肩架易出现鸟巢。

吊弦线夹设计（错误），吊弦强度选材错误（未考虑定位管双吊线情况下的大弹性）。

3.3 验收及检修质量分析

我们对验收及运行7年来的问题总结，我们得知在验收过程中，我们更加偏向于静态数据以及纸面标准，但这在随时间变长，验收中的为涉及的部分将渐渐加剧设备部分问题，其验收遗漏主要体现在以下部分：

设计图纸与现场核验工作部分缺失。设计本身缺漏现场经验。

定位部分验收缺少，定位拉力试验。定位器坡度仅强调8-13°，未按照不同缓和曲线下的定位器最佳坡度进行验收。

验收职工业务素质不强，对设计缺陷本身敏感度不高。

补偿部分的圈数验收遗漏。

施工单位放线时平衡轮角度不重视，验收二次损伤（平衡轮及锚固情况）。

各类螺栓螺母的材质未按照防锈要求进行。

车站内施工标准不高，设计中特殊点未能高警醒度验收，如线岔与分段数据冲突，连续线岔处的标准和定位器受力情况。

分段绝缘器验收执行不严，导致后期运行中反复调整。

3.4 未来设备变化预测

关于动态包络线附近的设备，定位装置(定位器，线夹，支座定位管)分段，线岔，有交线岔存在批量，将出现普遍性的设备磨损情况，但是仍能保证设备运行至远期目标，但是总体呈现劣化趋势。

磨损情况加剧根源，主要突出四类：会随温度变化的磨损设备如补偿平衡轮、终端锚固线夹等；腕臂定位管等设备转动磨损；过弓分段线岔等磨损；其他过弓时的线索波动导致的磨损如定位装置。

并列分析已发生事故和缺陷情况，其问题原因，主要突出在设计错误、施工安装工艺不良，曲线处所的定位器安装细节(坡度未达到曲线处运行2030年的远期完美程度导致受力不良)，站场分段标准、线岔标准冲突无针对的特殊性设计文件。

来自历年问题库发现，吸上线、避雷线、隔开等处所螺栓螺母锈蚀问题。

弹吊卡定位钩等，线索相磨或距离较近问题。

来自问题库的发现，隔开合闸噪音震动以及合闸质量不好，考虑隔开远动以及隔开操作杆，各个螺栓随着设计近期年度达到，以及线路震动，需要厂家人员指导进行一定精调。

杭长设计弹性均匀适合高速，但是弹性大，振幅大。考虑多股铰结线索散股情况，对于材质较软的电连接，电气跳线，中锚绳等情况，考虑断股情况。

再次就是支柱肩架部分零部件脱落，需要全线排查，还是因为接近设计近期2020目标，同时对比6C处理数量，零部件松动脱落缺陷时有发生。

复合绝缘子，出厂近8年，接近10年寿命年限，将逐步进行抽验，安排更换工作。

4 调查后相关建议

为了保证设备质量，结合前文，提出以下几点建议（按照重点排序）：

2021年为杭长运行的第7年，考虑应按照规定开展三级修精测精修，应提对设备总体排查，总结突出问题，降低平推检修的任务安排，以便于三级修开展。

明确三级修工作任务，以及工作重点，随2021年摸排，对除三级修以外工作进行安排。

对于定位装置（定位器、定位管、定位环等部分），按照先曲线后直线、先车站后区间、先排查后检修、先修大问题记录小问题等原则，尽快掌握定位装置整体情况。

车站分段绝缘器标准、磨损情况检修；车站有/无交分线岔标准、磨损情况检修。

补偿部分平衡轮磨损检查、终端锚固线夹抽验检查、中锚线夹力矩检查。

利用2021年杭长开展杭维集中修人员充足背景下，将检修工作以设备管理工区摸排问题为主。

检修设备严格落实检修分区执行，提高登杆组、顺线路方向（弹吊线夹检查等）以及腕臂B区的检查工作。

PW线全线路降线与安装避雷线工作同步进行，消弭附加导线线索交叉问题。

降低一线工区6C问题克缺比重，落实6C问题分级检修。

因检修质量和效果缺少监督与考核，设置除归属地工区外的，专职技术类人员，监督考核一线检修工作，统一管理检修记录、运行检修分析以及设备变化情况。以此将调度科、车间、技术科、工区等工作进行统筹，去除重复和多余环节，工区检修相关工作与技术科直接对接。