地铁供电接触网系统可靠性及主要故障分析

地铁供电接触网系统可靠性及主要故障分析

发表时间：2017-10-11T10:47:25.930Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：田金龙

[导读] 摘要：随着城市化的大力推进及经济社会的飞速发展，地下交通得到大力发展。牵引供电系统是地下轨道交通重要的组成部分，它的正常运转保证地铁安全可靠的运营，而作为地铁供电系统的主体接触网系统，其工作状态和质量将直接影响地铁的运输能力。本文主要介绍了地铁供电接触网系统可靠性及主要故障。

深圳地铁集团有限公司深圳 518000

摘要：随着城市化的大力推进及经济社会的飞速发展，地下交通得到大力发展。牵引供电系统是地下轨道交通重要的组成部分，它的正常运转保证地铁安全可靠的运营，而作为地铁供电系统的主体接触网系统，其工作状态和质量将直接影响地铁的运输能力。本文主要介绍了地铁供电接触网系统可靠性及主要故障。

关键词：地铁；供电；接触网；可靠性

随着经济社会的快速发展及城市化的大力推进，传统交通已满足不了人们的需求，地下交通应运而生，并得到快速发展。2017年，仅青岛市同时在建的地铁就高达7条。越来越多的城市加入地铁建设大军。地铁在整个交通系统中的作用越来越重。作为地下轨道交通重要的组成部分，牵引供电系统的正常运转是地铁安全可靠的运营的保障[1]，接触网系统承担着为电力机车输电的任务，是电气化铁路的核心部分，其质量及工作状态会直接影响地铁的运输能力。随着地下轨道交通高速化的发展，为保证对列车的持续、稳定的供电，对接触网系统可靠性的要求日益提高[2]。对其进行可靠性分析研究不但可以提高供电的稳定性，也可以优化维修成本和维修计划。因此，对接触网系统进行可靠性研究是很有必要的[3]。本文主要分析了地铁供电接触网系统可靠性及主要故障，并提出相应建议。以期通过本文的介绍为后续的研究研究者提供理论指导。

1 地铁供电接触网系统概述

直流制是地铁牵引网供电制式。架空接触网根据悬挂形式的不同又分为刚性接触网及柔性接触网。接触网系统主要部件有中心锚结、接触线、汇流排等。中心锚结的作用是防止在不同的环境温度下接触网产生偏移。接触线是接触网悬挂件中的重要部件，它的材质一般为银铜合金，需要通过嵌入或者用线夹固定于汇流排上。汇流排分为“Л”型及 “T”型两种横截面形式。汇流排接头，需要保证汇流排机械正常对接和其导电性能。

2 地铁供电接触网系统可靠性分析

常用的可靠性分析的方法有很多，总体上可以分为四大类：解析法、混合法、蒙特卡罗模拟法及贝叶斯网络法。

解析法，又称为故障枚举法，其物理概念十分清晰，理论也较为简单，但是在实际计算是会遇到一些难以解决的问题，电力系统的故障状态会随着电气设备的增加而呈指数增长，当系统变得越来越复杂时，其状态空间的状态数也会急剧增加，这会大大增加计算负担，这也局限了解析法只能适用于不太复杂的小型系统。解析法的主要是根据系统的结构、系统和元件的功能以及两者之间的逻辑关系建立系统的可靠性模型，一般通过逻辑关系递推或数值迭代的方法求解此解析模型，从而求得系统的各项可靠性参数。工程中常用的解析法有：故障树分析法、故障模式和后果分析法、状态空间法、网络图法及GO法。

故障树法在电力系统中的应用较为广泛，在接触网系统的分析中也有较多应用。作为网络图法的一种常用方法，故障树法是一种图形演绎方法，是当故障事件满足一定条件下的逻辑方法。这种方法在实现时，将最不希望发生的故障状态作为故障树的顶事件，从这个顶事件开始，找出导致其发生的每一个直接原因，将这些直接的原因作为中间事件，它们起着过渡作用，再由这些时间扩展到下一层，只到找出这些时间的基本原因，将这些基本原因作为故障树的树基，也就是故障树的底层事件。在完成整个故障树的模型建立后，根据树中的逻辑关系来对其进行求解，求出故障树的最小割集，然后对整个系统进行定量或定性分析。故障树法的优点在于能够把整个系统的故障与各个元件联系起来，在故障树中，能够很清楚的看出系统可能的故障状态，也能够轻松的找到整个系统的薄弱环节以及引起每种故障的原因，有助于评估和改进整个系统的可靠性。但是，法继承了网络图法的弱点，即仅仅适用于结构较为简单的系统，对复杂系统进行求解的效率太低。所以法只对较为简单的系统可靠性进行计算。

我国引进可靠性技术只有不到 30 年的历史。20 世纪 90 年代初，国内首次提出牵引供电系统可靠性问题。从公开的资料看，有代表性的工作主要有以下几方面：研究建立了单边、双边 2 种供电方式下供电臂的供电可靠性指标计算公式；提出了牵引供电系统实行可靠性系统工程的必要性、实现步骤和方法；探讨了接触网典型零部件的可靠性设计方法，总结了接触网系统可靠性工程的研究范畴；分析了电气化铁道弓网故障及其产生的原因，提出了在接触网设计中提高可靠性、减少弓网故障的一些具体措施和建议。

但通过文献研究发现，关于定量分析地铁供电接触网系统可靠性的研究非常少。李想[4]等研究发现：利用可靠性框图法计算出我国地铁供电接触网系统可靠性达到99.9951%。而利用故障树分析法计算得到接触线、悬挂支撑装置、中锚线夹、汇流排、汇流排终端的临界重要度分别为 0.07、0.292、0.175、0.152、0.311，由此可知各部件对接触网可靠性影响从大到小排列分别为汇流排终端、悬挂支撑装置、中锚线夹、汇流排和接触线。

3地铁供电接触网系统主要故障分析

统计研究发现，目前地铁供电接触网系统存在的主要故障有：接触线和承力索的材质质量太低，线索的断线事故时有发生；弓网间的动态性能不好，不能实现良好受流，导致打弓、钻弓、塌网等事故；我国地铁在维修中还存在着许多问题，譬如：接触网巡视、检修不及时、维修天窗兑现率较低、零部件的性能不稳定等。我国的接触网在施工时，所遵循的标准太低，容易埋下安全隐患，不能够适应高速地铁的发展。另外，内涝的爆发等可能导致地铁进水，也可能导致接触网系统发生故障。其中，汇流排终端的主要故障有接触线的电气烧伤，汇流排终端接触线的疲劳破坏和汇流排变形导致的汇流排终端的失效。

故我们应在安装汇流排时注意安装到位，防止零部件卡滞或脱落导致器件变形和弓网接触不平顺；选择具有良好热胀冷缩性能的汇流排和具有防松防脱功能的零部件；考虑增加防护措施；加大日常的检修和保养。

4 结论

近些年来，我国大力发展地下轨道交通事业，并取得了不俗的成绩。其中，接触网系统在地下轨道交通中的起到很重要的作用。本文对地铁供电接触网系统的可靠性及主要故障进行分析，并提出相应的预防措施，保证了轨道交通车辆的可靠性。