高铁牵引供电系统常见故障及处理措施

高铁牵引供电系统常见故障及处理措施

摘要：我国高速铁路牵引供电系统已日渐完善，牵引供电安全技术水平显著提高。本文对某某高铁通过全面分析牵引供电系统主要故障及其原因，提出了相应的解决办法，为高速铁路牵引供电系统运行和维护提供参考。

关键词：高速铁路;牵引供电;接触网;故障分析；处理措施

高铁对社会和经济的影响越来越大，其安全可靠性日益受到更多的关注。经过RAMS研究，可通过更有针对性的分析，采取有效措施，争取在较短期限内提升牵引供电的安全可靠性水平，改善经济性指标。

1.高铁牵引供电系统主要故障与处理措施

1.1主要故障原因

根据2011年全路相关统计资料，在铁路电气化和电力供电全行业各环节，故障原因见图1

在故障率最高的几个工作环节中，首先与高铁设备的施工、运用维护的工艺和日常管理有关，如设备状态异常时的工艺处理、施工管理、材质问题;其次与弓网关系的匹配有关，受电弓、轨道线路的接口管理及和运输外部环境有关的异物侵入等接口管理;第三是与雷击、鸟害等多因素有关，是需要进一步研究解决的综合性难题。

发生的故障从专业类别分(见图2)，无法采用备用措施的接触网故障占到故障总数的80%，是牵引供电各专业中的主要故障所在。

1.2故障原因分析

高铁牵引供电系统各类性质故障中，又以设备类故障居多(占63%)。从专业角度进一步分析细化各设备的故障特点及其影响(见图3)。

图3中除了原因复杂或不明因素外，影响最大的是“其他线断伤”因素，实际是附加导线尤其是AT正馈线短线故障引起的，属不正常现象，完全可以人为杜绝，解决了附加导线故障后可不再设置AT正馈线隔离切除开关。第二是“接触网和承力索断伤”，原因和电气化供电的电分相有关，往往与由机车误操作带电闯分相或列控信号故障失灵引起塌网的故障有关。作为牵引网专业，电气的锚断关节式分相结构解决了受电弓高速通过的技术难题，但空气问隙隔离出来的无电区带来的固有特点无法适应列车带电闯分相的燃弧危险。第三是“弓网故障”，大多和列车受电弓的不良状态有关，也和接触网系统设计时采用的腕臂结构、悬挂张力系统与受电弓固有振动频率的匹配不当有关，大多数为可以改善或避免的故障。其他重要因素如“支持和定位装置”、“电缆引起的故障”，很大程度上和设计水平、施工工艺有关，和产品质量关联不大。

1.3对策措施

1.3.1加强电气化施工、运营维护工艺的标准化建设和管理

在建设管理过程中严格执行高铁牵引供电系统研发过程中己解决和优化的设计技术方案，并有针对性地通过培训、标准化工艺管理等措施，正确应用高铁接触网铝合金、铜合金等新材料的施工和运营维护新工艺，可在工作环节大大减少“其他线断伤”、“支持和定位装置”、“电缆”引起的故障。通过优化工点的安装设计，针对“弓网”故障高发地段(如道岔区、隧道口、曲线变坡点等)，进一步提高接触网自身的生存能力和安全裕度，有效减少弓网故障。

通过推广规范弹性链形悬挂的施工工序、测试推广一体化的阶段性测量和误差消除技术、现场腕臂安装的预配仿真计算工艺方法，可有效减少合金零部件的反复拆卸或调整引起的应力腐蚀和断裂，并较易实现保障高速接触网的高精度质量要求、提高工作效率、实现少维修的目标，降低施工和运营维护成本。

1.3.2常见弓网故障及故障处理及应对办法

随着速度的提高，高速接触网的动态变化显著增大，受电弓与接触网之间会出现离线现象，受电弓会因为磨损等产生划痕甚至损坏。常见弓网故障都是受电弓和接触网关系不良引起，主要有:1)脱弓、打弓、钻弓、抬弓;2)机车自动降弓;3,拉弧。

消除弓网故障主要是做好接触网全面检查工作，杜绝因失修造成接触网参数变化，具体做法:

1)加强对接触网设备的监测、检测、检修。对重点设备做好数据记录及分析，各部螺栓的紧固达到要求力矩;

2)严格按温度曲线安装、调整接触网设备，保证补偿装置、支持装置、定位器、开关引线、电连接线在温度变化时不致影响受电弓取流或参数发生较大变化;

3)加强外部环境的监管。做好线路添乘及巡视，对上跨桥、上跨线、附近广告牌、塑料布、节庆气球等及时发现及时处理，防止落到接触网上造成弓网故障;

4)对下发的动检数据应足够重视，仔细检查认真复测。

1.3.3正确预判故障，加强相关技术的研究与应用

提前正确预判故障发生的危险性和安全状态，继续加强接口联控管理和事故预案设计，加快自动电分相装置等新技术的研究与应用。由受电弓带电闯电分相引起燃弧、塌网导致的“接触网和承力索断伤”故障，或由外部环境污染引起却表现为接触网的“绝缘故障”，可通过强化接口管理予以控制。通过推广应用系统的安全评估方法，可识别风险，避免遗漏或忽视潜在的危险，有助于安全的生产管理，正确全面地认识当前的安全状态，有针对性地采取措施。实践证明，针对接触网系统的特点，在动车组具备良好的加速和惰性性能条件下，重点做好接触网事故预案的设计、演练和后备防护，可有效降低事故危害或负面的事故影响等级。

为了适应高速铁路成网和开行大量不同种类跨线列车运行、高铁列车转线既有线的要求，并彻底消除电分相塌网故障危险，应加快自动电分相装置等新技术的研究和应用。

2.优化高铁接触网技术方案的建议

提升高铁牵引供电系统安全性的关键在于接触网。应用RAM S理论，优化高铁接触网技术方案，是进一步完善我国高铁牵引供电技术体系、提高牵引供电系统安全可靠性的主要任务。

2.1350 km/ h牵引供电接触网

在无辞轨道区段，应严格控制施工预配工艺，坚持采用铝合金腕臂方案，优化导线张力，如适当降低接触线30 kN的张力并提高承力索张力。为降低工程建设造价，可适当增大跨距。

对于有辞轨道区段，应保持现有的较/h跨距，以适应拨道和顺坡的变化带来的技术性能影响，优化导线张力;也可采用钢腕臂连接件系列。为了允许后期运营阶段中调整导高和腕臂，并保证一体化预配工艺的精确实施，在工期有限的条件下保证施工质量的现实需要(对350 km/h技术性能十分重要且技术裕量较/h)，应研究铝合金腕臂配用钢材质连接件的技术。

2.2250 km/ h牵引供电接触网

在有砟轨道居多的250 km/h区段，为适应双弓和线路工务拨道或顺坡的现实条件，推广弹链替代简链，可拥有更好的技术性能，且有更大的技术裕度。通过合武高铁弹链和温福铁路简链的真实性能对比，可以得出如下结论:二者造价