吐库二线电气化铁路接触网风区运行与管理

吐库二线电气化铁路接触网风区运行与管理摘要（1）了解电气化铁路现状（2）国内接触网设备维修的现状与课题意义（3）接触网抗风性能（4）接触网非线性振动特性及抗风稳定性一、引言电气化铁路中，接触网是向电力机车提供动力的关键设备，其可靠与否直接影响着整个铁路运输系统的安全与效率。

由于接触网是露天架设，极易受环境、气候等自然因素的影响，而其负荷（机车）具有冲击性、不稳定性的特点，使接触网成为铁路牵引供电系统中主要的故障点。

接触网设备是由多种部件组成的系统，各类部件在使用寿命、损耗特点、疲劳（老化）特性、故障的影响程度等方面都存在着较大的差异。

接触网设备的故障种类繁多，既有电气原因引发的故障、又有机械原因引发的故障、还有自然灾害原因引发的故障。

研究接触网设备的故障与维修特点、探索科学的接触网设备维修策略、在不断提高接触网设备可靠性的同时降低维修成本，对最大限度的提高铁路运能有着特殊的意义，也是本文所研究的方向。

多年来，我国对接触网设备一直采用以计划修为主的维修策略，即根据经验安排检修周期，利用维修天窗时间组织作业。

这种维修策略与组织模式针对性差、效率低。

近年来，各铁路局对电气化铁路的管理体制和设备维修模式进行了不同的改革尝试，取得了较好的成果和经验。

在目前众多的维修理论中，以可靠性为中心的维修(RCM, Reliability Centered Maintenance)是被广泛接受的一种全新的维修方法。

RCM 的基本目标是以最小的资源消耗保持设备的可靠性和安全性，能使维修项目具有很强的针对性，从而达到事半而功倍的效果。

本文分析了我国现行的接触网维修策略与组织模式，借鉴了其它行业及发达国家先进的维修理念，将 RCM 的理论运用于接触网设备的维修策略，以“故障树分析法”分析接触网设备的故障特点，总结了引起接触网故障的主要原因；通过对接触线、绝缘子等几种主要部件的寿命特征的分析，设计了相应的维修策略数学模型；使用动态规划的方法对维修策略进行了优化。

本文提出的以“项目制”集中修的维修组织方法，经武汉供电段近两年的使用，取得了很好的效果。

牵引供电系统的中心任务是保障铁路运输的畅通和优质不间断地向电力机车提供动力保证，而接触网设备是牵引供电系统的关键设备，作好接触网设备的维修工作不仅是保障电气化铁路运输正常进行的基础,而且是减少铁路企业运营成本的重要手段。

接触网是电气化轨道交通所特有的、沿路轨架设的、为电力机车或电动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。

接触网是露天架设且无备用的设备，大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等气象条件对接触网的影响十分明显，接触网的机电参数，如线索弛度、线索张力、悬挂弹性、零部件的机械松紧度及空间位置、设备的绝缘强度、线索的载流能力、弓网间的磨耗关系等都会随气候条件的变化而变化，突然的气候变化还可能造成重大行车事故。

此外，接触网所承担的电力牵引负荷是移动的、不确定的和随机的，负荷变化使接触网经常承受较大冲击，为保证接触网正常运行，接触网必须具备较强的过负荷能力。

负荷不确定性对接触网的寿命和安全造成较大的负面影响。

接触网设备是由多种部件组成的系统，各类部件在使用寿命、损耗特点、疲劳（老化）特性、故障的影响程度等方面都存在着较大的差异。

接触网设备的故障种类繁多，既有电气原因引发的故障、又有机械原因引发的故障、还有自然灾害原因引发的故障。

研究接触网设备的故障与维修特点，利用先进的接触网设备检测手段，探索科学的接触网设备维修策略，在不断地提高接触网设备的可靠性的同时降低维修成本，为最大限度的提高铁路运能有着特殊的意义。

武汉供电段 2006 年全段发生牵引供电类故障共计 30 件，其中接触网故障29 件，变电故障 1 件，故障总停时 1101 分。

29 件接触网件故障中，累计中断供电 1089 分，平均每件停时 37.6 分。

上述数据表明，接触网故障是供电系统故障的主要部分。

我国现行的接触网设备维修基本上采用原苏联的计划周期修模式，即根据经验安排检修周期，利用维修天窗时间（行车间隙）组织作业，组织形式采用以工班为作业主体的分散作业方式与维修组织模式。

这种维修策略与组织模式针对性差、效率低，由于作业点分散，占用作业时间长、安全控制难度大，不能满足铁路提速后的发展要求。

在目前众多的维修理论中，以可靠性为中心的维修(RCM,Reliability Centered Maintenance)是被广泛接受的一种全新的维修方法。

RCM 的基本目标是以最小的资源消耗保持设备的可靠性和安全性，能使维修项目具有很强的针对性，从而达到事半而功倍的效果。

RCM 自推出以来，在国内外很多行业得到应用并获得了很好的效果。

例如：秦山第三核电有限公司的吕娟利介绍了“设备可靠性数据库”的基本内容，并借鉴其它核电厂在开发方面的成功经验，结合秦山三期 CANDU 电站的自身特点，提出 TQNPC 开发“可靠性数据库”的建议，它能在确保电站安全的前提下，有效地降低核电运行维护成本，提高机组可用率。

英国的丁.莫布雷在编著中论述了美国大西洋舰队运用主动维修方式对解决航空母舰“消防系统”的关键故障起到了很好的作用。

过去航空母舰的“消防系统”是故障的多发系统，通过预先的系统化识别发现“机械密封不良”是引发该系统失效的关键故障，进而通过系统化判断确定了“泵至发动机故障”、“安装不当”、“操作失误”、“零件不合格”是引起“机械密封不良”的直接原因。

在此基础上又通过系统化分析，判断出“零部件配合产生偏移”、“密封失效”、“消防泵安装不当”是引起系统故障的根本原因。

据此大西洋舰队改进设计了航空母舰“消防系统”，提出了排除“机械密封不良”故障的策略方法，并加以制度化，从而大大提高了维修的军事经济效益。

近年来，随着我国铁路的快速发展，尤其是电气化铁路的快速发展，牵引供电设备的可靠性对铁路运输的影响越来越大，各铁路局（如广深线、哈大线、秦沈客运专线、朔黄线等）对电气化铁路的管理体制和设备维修模式进行了不同的改革尝试，取得了一些成果和经验。

本文分析了我国现行的接触网设备的维修策略与组织模式，将RCM 的理论运用于接触网设备的维修策略，以“故障树分析法”分析接触网设备的故障特点，总结了引起接触网故障的主要原因；通过对接触线、绝缘子等几种主要部件的寿命特征的分析，设计了相应的维修策略数学模型；作为运筹学的一个分支，动态规划是解决多阶段决策过程最优化的数学方法，是现代企业管理中的一种重要决策方法。

在本课题的研究过程中，运用动态规划原理对接触网（各部件）的检测策略、接触网部件的维修与更换策略、维修组织策略等进行优化并将部分策略运用于武汉供电段的相关部门中。

本文提出的以“项目制”集中修的维修组织方法，经武汉供电段近两年的使用，取得了很好的效果。

二、国内接触网设备维修的现状与课题意义我国电气化铁路牵引供电系统设备维修的管理模式，依然是铁道部、铁路局、供电段三级管理模式，供电段是基本的设备维修管理责任单位，具体负责管辖范围内电气化铁路牵引供电设备的运行、养护、检修、抢修及安全等维护与管理工作。

供电段内部下设供电车间和接触网维修工区，设备维修也是三级管理模式，由于目前电气化铁路牵引供电系统设备维修工作量比较大，维修手段和管理模式还比较落后，维修管理和作业人员比较多，2003 年全路供电维护管理人员 49260 人，以接触网条公里计算，平均每百条公里接触网维修 50 人，跟世界先进国家相比，还存在着比较大的差距(人数多)。

同时接触网设备的维修作业明显有别与其它的设备维修部门，就是接触网设备维修的作业必须是集体作业（由于它是高空作业和电磁感应的原因），按现在实行的安全规范每次作业必须 12 人以上，每次作业的辅助人员较多，而设备维修的操作人员（高空作业人员）往往只有 2 人，所以每次作业的人员配备和分工是直接影响作业效率的。

现行的接触网设备维修的流程是：接触网设备的维修计划首先是由供电段根据接触网设备的维修周期和接触网设备运行的预计状态编制计划；供电车间则根据供电段编制的计划并结合接触网设备运行的实际情况编制月度维修计划；而接触网维修工区编制接触网设备日维修计划并报铁路局牵引供电调度批准；由接触网维修工区的工长指派有关人员去执行当日的维修作业计划。

下面是现行的接触网设备维修的流程示意图：铁路接触网设备的维修现在基本推行综合维修天窗的形式。

综合天窗是指在运输生产过程中预留给设备维修的时间，实行天窗维修是铁路提速和新技术不断发展的要求。

一是随着列车速度的提高，特别是特快列车对数的增加，设备维修的直接作业时间不断减少，传统的利用列车间隔进行分散要点作业的办法越来越困难，同时给行车和维修人员的人身安全带来的威胁也越来越大。

二是随着市场经济及铁路改革的深化和发展，铁路技术装备和运输组织发生了很大变化，对设备维修提出了新的要求。

三、接触网抗风性能国内外学者对弓网系统的动态特性研究做了很多工作,主要是建立接触网和受电弓的有限元模型,并讨论了它们之间的相互作用。

接触网设备露天架设,因其作用和结构的特殊性,引起其发生故障的因素很多,其中最主要的是风负载,大风引起的弓网事故断电持续时间久,阻碍了铁路安全运输的发展。

因此,风载荷已成为大风地区接触网设计中重要的设计载荷。

但是,国内外风载荷对弓网系统的动态特性方面的研究成果还不成熟,对铁路沿线在风场中的研究也主要是集中在电力机车的抗风倾覆方面的研究。

因而接触网的抗风稳定性亦成为困扰电气化铁路的一个难题。

目前,世界各国都很重视接触网抗风性能方面的研究,最早开展接触网防风理论研究当属日本,日本是一个岛国,风速普遍较大,防风理论研究己经成熟,指导着各国学者开展接触网系统防风研究。

文献中提出了风向角、风速等因素对机车车辆倾覆性能的影响。

有的文献中用解析法计算了导致电力机车倾覆的临界风速,并考虑了接触网对车辆倾覆性能的影响,强调了接触网抗风的重要性。

欧洲国家通过对接触网结构参数的研究改进,例如转变接触网悬挂形式为简单链形悬挂、改变定位器的定位方式、为定位装置增加防风支撑装置、改变锚段跨数等,改进研究结果表明,可以提高接触网抗风稳定性。

有的文献中利用可靠性理论分析了大风对接触网的抗风稳定性的影响,研究表明此方法比传统的分析方法更为合理有效。

四、接触网非线性振动特性及抗风稳定性以我国新疆铁路地区某处的接触网结构为研究对象,基于大型通用有限元分析软件ANSYS对接触网结构参数化建模并进行风振响应分析和模态响应分析,分析比较不同跨距、结构高度、吊弦数和导线高度等结构参数对接触网结构稳定性的影响。

通过分析跨距、结构高度、吊弦数和导线高度四个结构参数的变化对接触网系统模态响应的影响,得出以下结论:结构高度的增加对接触网模态的影响比较小;跨距越小,接触网模态频率越大"吊弦数和导线高度对接触网结构模态影响很小,考虑其经济性,吊弦数一般采用8个,导线高度可根据实际需要来确定。