《铁路接触网故障问题研究【论文】》9000字

引言中国作为铁路强国，铁路运输的安全与稳定是非常重要的。其中重要的设备——接触网作为机车能量的“供给线”。它是供电设备的重要的一部分。接触网是一条特殊的传输线。它保证电力机车运行中有稳定的电能和电压，能够长时间运转。但是，接触网长时间暴露在户外，日晒，高温，风雪等极端天气使其工作环境十分不佳。在电力机车的运行中，受电弓对机车的持续冲击很容易引起故障。当悬链线失效等原因，流经故障点的短路电流可能会大大超过额定电流。故障发生后，周围的电气设备可能会受到严重损坏，从而影响铁路的正常运行。当故障严重时，甚至可能导致整个铁路运输系统瘫痪，从而造成重大损失。接触网故障的原因有很多，例如电力机车的内部连接设备故障，受电弓在机车运行期间的长期影响，接触网本身的故障，铁路的不正确构造等原因。保持接触网正常工作是整个铁路系统稳定运输的保障。由于没有可以及时更换和备用的设备，因此减少接触网故障并加强日常维护和保养是值得的。由于恶劣的工作环境和铁路线的长距离，接触网难免发生故障。此外，由于日常检查中的电气连接，在诸如接触网的电烧伤之后不容易发现，并且烧伤的部分负荷很重，从而导致大的事故，例如断网。发生故障时，最重要的是尽快恢复电源，以便其线路可以正常通行，电源部门应尽快对其进行维修。因此，接触网设备的电灼伤和接触网故障的快速解决是电气化铁路正常运行的重要问题。在电气化铁路中，悬链线在力和电的双重作用下工作。机械故障和电气燃烧故障构成悬链故障的主体。因此，接触网的运行和维护人员需要对应急修复操作的组织方法，运行过程，临时开启的技术措施和注意事项有深入地了解。在跨线中速列车中,又有相当部分列车的起迄点距高速铁路的出入口较远,它们在高速线上的运行,如果不能避开天窗时段,将与综合维修作业产生干扰和矛盾。尤其是夕发朝至列车要占用夜间维修天窗时段,对高速铁路的维修作业带来的不利影响更大。因此，研究电气化铁路接触网天窗维修的故障问题，实现故障点的精确定位，然后制定故障解决措施，不仅可以减轻线路巡逻的负担，节省大量的人力物力，而且可以快速消除故障并缩短事故天窗的停电时间。对铁路的安全运行具有极其重要的意义和巨大的社会效益。1电气化铁路接触网维修天窗相关概述1.1铁路接触网装置的组成因为电动机车自身是不传输能量的，而它所使用的能量全部来源于铁路牵引电力供应系统，所以电气化铁路主要包括两个部分系统包括电动机车和牵引电力供应系统。电气化铁路牵引供电系统的功能其实就是将高压输电线路经牵引变电所降压并整流后，传输到铁路上方的接触网。而电力机车则通过顶部的受电弓接触接触网以获取相应的功率，这样牵引机车便开始运行了起来。高架接触网从结构功能上可以大致分为以下几个部分：图1.1架空式接触网结构（1）接触悬挂：包括托绳、弹簧线、接触线、补偿器和连接部件。接触线直接接触电力机车。接触悬挂直接影响到操作的速度和质量，全世界都很感激学习。由于在不同的国家，不同类型的接触式悬架用于特定的条件和工作速度。（2）承载装置：支撑悬架并将弹簧荷载传递给立柱或其他建筑物的装置。包含臂腕、牵引杆和隔离器，一个支撑接触悬挂并将荷载转移到支撑或其他建筑物的结构。图1.2接触网绝缘腕臂在单线上使用了多种结构形式，例如倾斜臂，直臂和绝缘旋转臂。目前，具有重量轻且结构灵活的绝缘旋转腕臂已被广泛使用。在干线电气化铁路上，金属支柱和钢筋混凝土通常作为接触网支柱，为长距离铺设的接触网提供稳定的受力点。我国电气化铁路中的大多数铁路场都使用相对经济的软跨装置。它穿过的线最多可以达到八根线。1.2接触网的特点接触网的首要任务是将从牵引变电站获得的电能直接传输到机车上面。从牵引站直接进入机车的电能因为这个原因运输网络的质量和运行状况将直接影响电气化铁路的运输能力影响力架空接触网安装在开放的环境中，没有应急电源，因此线路负荷沿接触线移动，随电力机车运行而变化，对接触网提出如下要求：在运动速度快、天气恶劣的情况下，电力机车能够正常牵引，机械结构中的弹簧性能应足够稳定和有弹性。接触网要求与地球保持良好和可靠的绝缘。设备的结构较为简单，便于施工作业提高铁路建设进度，便于操作和维护。一旦发生事故，很容易恢复和快速提供能量。尽可能降低成本，特别注意有色金属和钢的节约。在任何情况下，都必须为电力机车提供可靠的电力供应，以确保其道路安全和快速运行。并满足上述要求，节省大量投资和合理的结构，这将有助于维护和促进新技术的应用。1.3牵引供电系统的供电方式1.3.1直接供电方式它主要适用于通讯线路少（主要是开放线路）或容易重新布置受干扰的通讯线路的场合。基本的直接供电方法已在法国，英国和前苏联广泛使用。图1.4直接供电方式1.3.2DN供电方式带返回线的直接电源方法称为DN电源方法：架空返回线（也称为负馈线）在钢轨上并联连接。图1.5DN供电方式在添加一条反馈线之后，一些最初的轨道和地面反馈线通过一条高速反馈线移动到一个牵引中心。在与接触网中的电源线电流相反的方向上，以及在空中返回线和网络之间的更大距离上联系人因此，这等于增加了相邻通信线路上的屏蔽效果。1.3.3BT供电方式图1.6BT供电方式在牵引系统中，安装电流吸收变压器回路装置作为电流吸收变压器供电方式或BT（升压变压器）作为供电方式的供电方式它是位于牵引网内，距离1.5-4km，设一台功率吸收变压器设变比1:1，一次线圈串接接触网，二次线圈串接反馈线或轨道系列。如果列车穿越整个孤立的轨道轴一段时间，电流吸收变压器因二次短路而失去功能英国电信-牵引网结构复杂，造价高成本，那里电流吸收变压器与接触网相连，牵引网阻抗增加，供电长度增加正在减少。BT截面（无线电间隙）的存在，不利于高速、大负荷等大电流运行，但BT模式的供电潜力低，可以很好的预防通讯干扰。1.3.4AT供电方式AT功率模式也被称为自动耦合变压器的功率模式。自动变压器是与接触网、铁路和正极电源线平行的电变压器。图1.7AT供电方式因此，电源电路由接触网、轨道、正极电源线和自耦合变压器组成。一个变压器安装在10到15之间千米中心插座连接到导轨和电极纸张蓄电池积极的安装在与接触悬挂件相同的极上，并置于接触柱的地面侧。这可以克服BT系列中BT段的缺陷，使电源电压增加一倍，牵引网络阻抗小，电源距离长，电压损失小而且网络上的能量损耗都很小。1.3.5CC供电方式同轴电缆的内外导体之间的互感系数非常大，电流吸收效果和抑制通信干扰的效果优于BT和AT电源模式。图1.8CC供电方式CC供电力牵引网络之间的电阻和距离类似于AT，低电压的铁路，接触网结构相对简单，清洁空间要求也较低。适用于重载、高速及其他大电流。但是，同轴电缆的费用太高，使其大量应用存在局限性。通常仅在特殊场合下使用，例如铁路城市和桥梁的低净空区。2电气化铁路接触网最常见故障以及原因研究2.1接触线断线在电气化铁路中，断线是严重的接触网设备损坏事故。如果接触线的折断端没有接地并且牵引变电站跳闸，则可能会导致弓箭事故；如果断路的一端接地以形成短距离接地放电，则可能会发生负载电缆和其他触点烧毁，烧毁的情况。通过设备的其他部件和网轨扩大事故范围的情况。2.1.1原因（1）烧断接触线被烧坏的原因有很多：悬挂、定位、插头等将使接触网短路，并使机车卸车。载体电缆断开后，短路并送至地面或机车，会引起接触线烧损。绝缘子沸腾或开裂，造成管道短路，放电至地面，从而烧灼、烧灼接触线和负载电缆。六英寸电力电缆断开后，由电力电缆构成的部分将与接触线碰撞或重叠，导致短路。（2）拉断接触线断裂通常是由以下情况引起的：接触线局部磨损超标，无法及时发现和处理。接触线局部损伤超标（如接收器平移），未及时发现并处理，造成骨折。（3）机车受电弓剐断受电弓在从分段绝缘子的初始接触线到初始接触区域的整个过渡过程中，在偏转器中引起裂纹或破裂。图2.1受电弓出现不均匀磨耗（4）接触线连接线夹的螺钉松动或卡箍损坏，导致接触线断裂或连接线夹上的硬度点严重，导致局部磨损。（5）其它安装在接触线上的接头端子或接头为硬点，局部磨损严重。2.1.2断线部位（1）在电气连接夹处或附近。（2）放置在电线夹，吊线夹附近或附近。（3）在接触线夹处或附近。（4）安装在接触线上的其他类型的夹具（例如定位夹具，中央锚固夹具，电气连接夹具等）或其附近；连接到接触点处或附近的接触线的其他类型的设备（例如，分相绝缘子）。（5）中线接触线的某一部分或线分支与锚固段的连接处。2.1.3后果（1）直接断开电源。此外，接触线的电压和宽度的变化，如果断裂在接地上，而子站没有跳下，如果断裂在接地上，则导致接触网的接地，则短电流。电路可以损坏或烧毁电缆或其他接触网设备和部件。（2）一旦接触线断开，如果补偿装置的制动在锁定密封处有缺陷或有缺陷，跌落或向下长距离移动，以及牵引环、牵引环的定位、牵引环的定位、牵引环的捕捉牵引绳、牵引柔性、手臂和电连接器可引起偏转和电压，从而增加事故的范围。（3）如果接触线因弯曲而断裂，则整个事故区域很大，接触网设备严重受损，紧急维修时间较长。2.2承力索断线2.2.1原因（1）烧断。承载电缆被烧坏的三个主要原因。首先，由于附近的电连接器夹以及接触线和承载电缆的接触不良或状态不良，所以在绞合股数之后，承载电缆就断裂了。第二种是绝缘子的闪络或击穿导致接触网短路放电并烧毁承重电缆，或者弹性悬索辅助绳等部件掉落而导致机车或电动机的短路放电。接地并烧毁承重电缆；到隧道壁的短路放电烧毁了承重电缆。（2）在AT供电模式下，铜负载电缆连接器未安装电气连接，或者安装的电气连接夹接触不良。状况不良，承重电缆的接头或其他部分烧毁导致断开连接。（3）中断。某种原因造成库存拆分后，库存及时破损，需要及时检测和处理。（4）腐蚀和断开。（5）在AT供电模式下，正馈线或保护线断裂，并且该断裂线的承载电缆发生碰撞或重叠，形成金属短路，从而减少了承载电缆的断裂。（6）承载电缆因其他原因折断。2.2.2断线部位（1）在电连接器的夹子处或附近。（2）钩头鞍子处或附近。（3）吊弦线夹处或附近。（4）在AT供电模式下，在承载电缆的接头处或在电气连接电缆的线夹处或附近。（5）跨中某部位。2.2.3后果承重电缆断裂后，其断裂的两端或两端之一将松弛到接触线的下部，甚至跌落到地面。一方面，这将直接导致接触网短路并排放到地面，从而烧毁接触线或导轨。另一方面，轴承在电缆断裂时，一部分悬索会失去作用力，并随着负载电缆的断裂而松弛到接触线的下部。（2）如果承重电缆的短线点在锚固接头的前部和中央锚固接头之间，并且在该锚固锚固接头处有用于承载电缆的折线支撑的补偿装置失效，不仅会使锚段断裂到虚线上，还可能由于接触高度的变化而引起点的定位，垂线的掉落或弦的偏移，以及弯曲的事故。线和拔出值。2.3绝缘器装置的检修2.3.1分段绝缘器常见的事故（1）分段绝缘子不水平，会引起碰撞和弯曲。（2）导线接头的导线端子状况不良，形成一个硬点，导致接头处的导线严重磨损。图2.2绝缘器烧坏2.3.2分段绝缘器的损坏形式（1）EG-1型截面绝缘子环氧树脂老化开裂，受电弓受槽污染，导致绝缘部分漏电、距离不足、光照不足。（2）安装不良会导致受电弓损坏瓷箱，玻璃钢稳定绝缘的保温元件会因闪络而损坏。（3）有些零件因腐蚀或磨损而损坏。（4）链条悬挂线的不良状况和其他原因导致分段绝缘子失去水平，并被缩放仪损坏或拉扯。（5）分段绝缘器与接触线连接不良，构成严重的硬点，使受电弓严重损坏分段绝缘器或接触线。（6）固定螺栓松动被拉坏。2.3.3分段绝缘器损坏后的后果（1）如果由于闪络击穿而由于某种原因未能及时找到分段绝缘子的绝缘元件，则可能导致人身伤害或死亡。（2）水平绝缘子丢失或状况不佳，元件损坏或弯曲，将导致道路弯曲事故。（3）绝缘体与接触导线段的接头或其它部位严重磨损、断裂，导致电网坍塌，扩大事故区域。3C火车站上行接触网维修天窗案例分析3.1故障概况2019年6月5日23时48分，C火车站配电所10KV19电源线和10KV明27电源线断路器失压保护动作，同时C火车站配电所北自闭、北贯通断路器自投成功。造成浙赣铁路线全站信号停电，23时51分，经与电务调度确认C火车站至C各站间各信号站点已恢复信号电源供电。2019年6月5日23时52分，C分区所251DL玉山至C上行阻抗II段跳闸，重合失败，23时59分，电调强送失败。6月6日1时42分，经抢修人员处理，电调送电成功，故障延时110分钟，影响客车14列，货车12列。3.2现场接触网故障天窗情况3.2.1应急处置情况统计（1）23时45分，浙赣铁路线C新场配电所10KV候七电源线断路器失压保护动作，同时玉山配电所南贯通断路器自投成功。（2）23时47分，经调度与C新场配电所联系确认，C新场配电所10KV候七电源线已恢复供电，随后下令合上配电所10KV电源断路器，同时将备自投功能投入。（3）23时48分，浙赣铁路线配电所10KV19电源线和10KV明27电源线断路器失压保护动作，同时C玉山配电所北自闭、北贯通断路器自投成功。（4）23时49分，经调度与C配电所联系确认，19电源线和明27电源线均已恢复供电，随后下令分别合上配电所10KV电源侧断路器，恢复配电所双电源供电。（5）23时51分，经与电务调度确认浙赣铁路线玉山至C站间各信号站点已恢复信号电源供电。3.2.2接触网现场情况调查（1）树木情况调查：倒伏树木属于速生杨树，树高约18m，距接触网水平距离约13米，距离线路中心距离15米左右。树木生长于玉山站上行侧围墙外侧道路旁，树木没有被虫蛀情况，树木主干直径约400mm左右，树木被大风刮到，从根部倒伏，树头搭在接触网76号至78号支柱间正馈线上（见附图1）。图3.1树头搭支柱间正馈线上（2）设备损伤情况调查：此次树木倒伏后，接触网发生接地跳闸，并造成接触网正馈线线索有烧伤痕迹，未造成断线（见附图2）。图3.2接触网设备损伤情况3.3C火车站接触网故障原因分析3.3.1接触网参数变化地方变电站供电电压瞬时波动，造成B配电所电源线失压保护动作。因C地方变电站停电后，C新场配电所候七电源线失压保护动作，造成B至C贯通线路运行方式发生变化；B至C自闭、贯通线路正常运行方式为：B配电所主供南自闭、备供南贯通，C新场配电所主供北贯通、备供北自闭。3.3.2接触网零部件本体和安装形式不合理当前安装在接触悬挂上的不同标志，由于其面积大，易被风吹倒，且导线简单固定。在风的作用下掉落很容易。当其在受电弓的范围内时，会形成受电弓故障。所以对这些部件进行合理的改装是非常有必要的。3.3.3自然灾害由于安装位置的限制，也将由于外部动力机械的影响而引起的影响，由于悬链柱的影响和触头的悬挂发生变化。由于C区大雨，雷电和强风以及强对流天气，铁路沿线树木发生大面积的倒伏情况，其中长台关站南76号至74号接触网支柱间杨树倒向接触网供电线路侧，树头搭在接触网正馈线上，造成接触网接地跳闸。因此，有必要增强设备抵抗自然灾害的能力：例如为支柱建造边坡防护设施和设置防护桩。3.4故障危害落实问题3.4.1危树整治工作落实不到位对危树所处现场情况调查方面存在不细致的问题。说明在前期调查工作中，存在调查工作开展不细致的情况。二是危树整治力度不足。此处危树前期调查后，按照危树分类分为A类危树，属于需立即整治危树范畴，但由于前期和当地老百姓在危树处理上，因经济赔偿问题未达成一致，导致危树隐患一直未得到有效整治，导致6月5日强对流天气情况下，树木发生倒伏在供电设备上造成跳闸设备故障。3.4.2应急出动及故障超找还有待加强因B网工区应急铁路车库在B站上行侧，网工区及抢修料库在B站下行侧，发生故障后，因B站内有客车停留阻挡，人员及抢修机具不能及时上车，抢修作业车辆在站内来回转线时间过长，造成出动较为缓慢，造成了故障延时。同时在故障排查上，由于故障当时狂风暴雨，雷电交加，视线受阻，为确保行车安全和方便故障点的超找，铁路车采取减速运行，也是造成故障延时的客观原因。3.4.3信息沟通还有待加强此次恶劣天气下，同时发生电力信号供电设备故障，造成多个车站信号供电中断，影响行车安全，暴露出一是在恶劣天气下，段安全指挥中心与地方供电公司在应急联动机制上应对不足，发生设备停电后信息沟通不畅。二是应急准备不充分。接到灾害天气预警时，没有引起足够的重视，根据灾害天气及时启动段应急预警机制，要求各供电车间做好相关的应急准备保障供电的准备工作。三是没有及时与电务段取得沟通，要求做好灾害天气的情况下的应急联动准备工作。4铁道既有线接触网维修天窗4.1铁道接触网故障解决方法4.1.1电气连接方面由于接触网是一种特殊的电源装置，将机械和电力结合在一起，因此在悬挂链期间必然会出现电力问题。运作良好一旦发生电力故障，电力故障的数量就会减少。这可能会造成严重后果，甚至会导致网络崩溃和连接断裂。因此，施工人员必须一丝不苟，始终保持严格的工作态度。4.1.2绝缘方面（1）加强绝缘材料的清洁工作，提高部分重度污染部位的清洁频率，以防发生事故。（2）更换恶劣环境下抗污染性能强的硅橡胶绝缘子。（3）由于与碳弓摩擦关系频繁，分段和部分相绝缘杆在接触面上覆盖一层碳粉；但由于表面点的限制，电弧不能及时清理，表面只有因此逐步推广等截面特种绝缘子的带电清洗方法。4.1.3加强接触网防御自然灾害的能力加强接触网防御自然灾害的手段有很多，可以采用先进的科学技术有针对性地进行防范。同时对沿线被大风吹歪的树木进行砍伐处理，消除供电安全隐患。4.2铁道有线电网整改维护天窗措施4.2.1选择合适的检修策略铁道发电设备种类繁多，其重要程度也各不相同，因此不同的设备应根据可靠性分析的结果采取不同的检修策略。在改进当前的维护方法并选择合理的6C检查系统策略时，无须受特定维护系统的约束。应分析每种维护方法的具体内容，并应根据自身的特点和需求优化组合各种维护方法。在提高检修人员工作效率及正确率的同时，保证合理可靠性，从而减少维护成本。铁道设备进行编码的目的在于用一个代码唯一地标识一个设备，从而实现计算机对设备信息的各种简捷、快速处理。4.2.2提高线路维修诊断技术模糊数学技术应用能使故障诊断变得方便，快捷，自动化。故障诊断对象可以是多方面的例如：机械设备、电气设备、保护装置，控制系统，甚至辅助系统等。工厂应紧急配备必要的技术监测设备，及时监测设备状况，大量积累数据和经验。考虑到维护周期的长度、数据的体积和范围，需要建立一个数据库并使用计算机进行分析诊断。同时对维修人员和检修人员的工作流程进行严谨，规范的管理，并根据检查的进展情况及时安排修理工作以降低维修费用和增加设备的供应。4.2.3加强设备监控，提高巡视工作质量铁道车间、班组还要结合防洪以及恶劣天气情况，结合当前关于迅速排查和整治铁路沿线外部环境隐患的工作要求。适时布置和安排全覆盖的巡视检查，尤其对存在安全隐患处所，要做到全覆盖检查，确保万无一失。加大外部环境治理，加快推进危树整治工作进度，尽早消除安全隐患。做好灾害天气的安全预警工作，根据灾害等级按照预警工作要求及时启动不同等级的安全预警。无论是工务维修还是接触网维修,开设“隔日单向矩型天窗”方式,天窗时间在0:00～6:00或0:00～5:00都是可行的,技术上是可以实现的,此时列车的运行速度只要不大于160km·h-1,在维修作业上是安全的。结语电气化铁路技术是一项涉及多个学科和专业的综合先进技术。高速铁路联络网稳定运行和故障抢修是核心技术之一，我国的高速铁路才刚开始，尽管我国在这一方面进行了大量的研究，也取得了丰硕的成果，但与那些发达国家相比较的话，还是存在着很大差距的。电气化铁路的任务越重，安全运营的意义就越大。为保证电气化铁路能在绝对安全天窗的环境下一直运行下去，更重要的是确保接触网的安全运行，接触网负责为整个线路提供电力。没有备用电源，运行时需克服许多不良条件。一旦事故发生将导致的是机车运行中断。在一定层面上电气化铁路的安全运行取决于接触网天窗是否能够保持稳定、安全的工作。通过对各类天窗的适应条件和实施因此，接触网的安全运行具有包括经济、社会和环境的多层面意义。为了确保联络