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论接触网电气设备烧伤主要原因及预防
【中铁七局电务公司
xxx】
摘要：对既有接触网设备的更新改造，通过更新材质，提高线索载流和绝缘强度来达到提升接触网供电能力是我国目前采用的主要手段。近年来，通过巡视和检修发现，改造后的接触网设备电气烧伤问题越来越突出，如何治理接触网设备发生电气烧伤故障已成为铁路基层供电运营单位亟待解决的问题。经深入调查研究、不断探索实践，揭示了烧伤的成因，提出了治理标准，采取了相应的措施，在一定程度上控制了接触网设备电气烧伤的发生。
关键词 ：电气化铁路，接触网，烧伤，故障预防
引言：电气化铁道中，接触网设备是在力与电的双重作用下工作的，所以机械故障和电气烧伤故障构成了接触网故障的主体。在接触网运行了多年、牵引运能不断增加的情况下，设备的电气烧伤现象已越来越突出，而且电气烧伤问题在事前又不易于发现，危害性很大。接触网是电气化铁路中的主要供电设备之一，一但出现故障将会带来巨大经济损失。因此，及时预防和减少接触网设备电气烧伤故障，已成为一个重要的研究课题。
一 接触网设备电气烧伤原因分析
接触网线路的日常运营中，由于施工不严格、设计裕量不足、检修工艺不当、连接线夹在长期机械振动下松动、外界污染等因素的影响下，导致电气连接部位接触不良、连接处过热、导流不畅、绝缘性能下降、接触电阻增大，长期运行下去将会加剧这些现象，造成主导电回路不闭合、导电通道迂回、局部载流量过大、零部件分流严重，使一些不具备导流能力的零部件过流烧伤、烧毁，从而引发供电故障。
1接触网设计、施工原因，导致接触网设备烧伤。1)近年来随着铁路不断提速和万吨重载列车的开行,目前线路的牵引运能多已超出了设计裕量。虽对线路牵引运能的增加裕量有所考虑,但原采用的一些线索因持续载流量偏小而承受不了大电流的长期运行，发生了电气烧伤。原设计中的电联结的位置和数量也已经远远不能满足大功率机车持续载流的需要。尤其在高坡区段，四跨绝缘锚段关节使用的单根TRJ-95电联结、引线及变电所馈出端各类设备线夹容量不足，锚段内横向电联结安装间距较大的问题更为突出，在机车持续取流时极易导致设备的烧损，发生零部件脱落、断线事故，给运输生产带来很大的干扰。例如云冈沟电气化铁路从 2004年万吨运煤专列运行后，牵引电流常达800A以上，但其各车站内最初设计的铜接触线TCG一85允许载流量只有550A，长时间过负荷导致烧伤；仅2009年，云冈沟新高山车站接触网导致4起电气烧伤事故。2)多股道站场内立体交叉的接触网线索、锚段关节、线岔处等，因施工时未能严格执行安装标准，受风力、温度变化、电力机车通过等因素作用，有压差的带电线索的绝缘距离不够，发生弧光放电、烧伤设备的现象。3)相同或不同材质的线索间的线夹，采用点线式而不是面面式接触、阻抗较大，加之连接件材质和压接工艺不合理、长时间运行温升过高，造成线索和线夹发生烧伤。4)施工时立杆不当，造成短路接地；跨桥施工的临时电线电缆、工器具、材料等脱落造成短路接地；山体喷浆时浆液、碎石、锚杆、临时T具等造成的瞬时短路接地。例如2008年 6月17日，云冈沟大西四场至小站分相处，因电力部门立铁塔时碰触到分相带电的另一侧，造成接触网导线短路接地，严重烧伤、张力下降，无法正常运行，停运近720min后通车。主供电回路缺陷。接触网主供电回路由馈电线、隔开、隔开引线、承力索、接触线、电联接器、吸变、吸变引线等组成。各部分间由各种线夹连接，使这一回路沿铁路延伸，满足向电力机车供电的需要。也就是说，主供电回路必须良好，才能保证电流的畅通；一旦主供电路中的回路运行状态存在问题，将引起局部载流过大、零部件分流严重，从而烧伤接触网设备。接触网主导电回路，由承力索、接触线、附加导线、隔离开关及其引线、分段和分相绝缘器、电连接等设备组成，这些设备之间通过各种型号的线夹连接，总称其为电气连接。1)连接线夹因长期受机械振动、外界环境、接触线和承力索张力影响，或年久失修，导致连接件处因杂物、氧化等原因接触不良，电阻增大、造成线夹处过热烧熔，其它零部件(如吊弦、定位装置等)烧损，接触线和承力索断股、断线。2)隔离开关引线与设备线夹、接触网上线夹的接触不良，烧坏线夹或烧断引线、接触网设备。隔离开关未定期检修，动静触头接触不良，合闸时大电流使触头烧伤、烧损。3)接触线、承力索、附加导线接头处的导电情况不良，造成接头处烧伤，线索断股、断线。4)接地线损坏或丢失，在绝缘子发生击穿、闪络造成漏电时，泄露电流不足以使馈线开关保护动作、跳闸，较长时间不能正常放电，致使接触网支柱和隧道埋入杆零件烧毁，设备过热损坏。5)主导电回路不闭合、主导电通道迂回站场中的接触网结构比较复杂，在进行电气连接时，由于种种原因造成主导电回路不闭合、主导电通道迂回，引起分流严重而烧伤接触网零部件。6)有些站场由于馈电线只在1条股道上网未对同馈线的其他股道进行上网致使同馈线的其他股道以及相邻区间机车取流的电流都要通过其上网引起股道上网处局部温升过高，容易照成上网股道的电连接线夹内接触线断线事故。7)股道间电联接的设置远离软横跨，部分站场在设计、施工时，股道间电连接离此股道的软横跨定位较远。当电力机车在此道取流时，主供电电流通过与邻道相连的电连接器迂回流向电力机车，而由于此股道的软横跨位于电源侧故定位绳的分流比较大，该分流电流从邻道经定位绳、定位环线夹、定位器到本道。而定位环线夹与定位器间为非永久固定性连接。当电力机车通过时受电弓的抬升力使定位器瞬时减载，导致定位器与定位环线夹间松动两者接触电阻加大，分流电流流过时温升过高，时间一长便造成了定位环线夹与定位钩间的烧伤。后来采取加装一股道间电连接的措施,来防止定位环线夹与定位钩间发生电气烧伤。非正常的电流转换设计的接触网结构中某些不应有电流通过的地方，而由于某些条件的巧合通过了全部或部分牵引电流。由于这些地方没有保证牵引电流（或其分流）通过的必要的电气连接，所以烧伤了接触网设备。
1）立体交叉的线索、线索与支持装置间，由于线路阻抗的不同而形成电压差，在风力、温度变化、振动等因素的作用下，它们之间的距离不够，造成放电现象，放电电弧烧伤了接触网设备。1996年4月17日发生的光泽—和顺区间带吸变的122#--125#锚段关节处承力索断线事故以及1997年8月6日发生的陈坊站1#--4#锚段关节处承力索断线事故，均是由于隔离开关引线驰度过大，造成隔离开关引线与所跨越的承力索间距不够，产生放电而烧伤承力索。
2）两端属同相而不同馈线供电的绝缘锚段关节、分段绝缘器，因供电臂的阻抗不同而形成电压差，当电力机车受电弓在两支接触悬挂导线间相互转换时，在始触点范围内由于电压差会产生牵引电弧,造成机车受电弓、绝缘锚段关节处接触线、吊弦、承力索等接触设备的烧伤。接触网连接器的松动。接触网系统是以电线为主，配以各种传递电流的设备，且各电线之间、电流设备之间以及电线和电流设备之间都是用相关器材廉洁的，而且这样的连结器材随着电路的延伸也特别多，这种连结设备使用时间长了，很容易松动，一松动就会致使电流流动不顺畅烧坏接触网相关设备。站台接触网线路复杂。众所周知，在电线很复杂的情况下，电路最容易出毛病。因此，站台上的接触网由于各种主观客观原因，也很容易出现电路方面的故障，导致电流分流情况严重，从而烧坏接触网的零部件。零部件分流在接触网中，电气联接数量越多、性能越好，零部件的分流就越小。但是，电气联接数量再多、性能再好，也不可能把其它零部件的分流减为零。零部件分流有其固然性，不能将分流问题统统归结为电气联接不良。有分流就会产生电气烧伤，尤其是对活动部位的危害性较大。因为活动部位处多为点线接触而非面面接触、且活动铰结的活动量大，这样活动部位处的电气接触电阻也就比较大，所以分流烧伤程度比较重。平时检修时常常在周围电气联接性能良好的情况下，发现许多乌黑的吊弦本体并不锈蚀，但在调整导高的过程中，夹在接触线吊弦线夹内的Φ4.0 铁线回头弯曲处常常折断，其与接触线吊弦线夹内挂口相接触的弯曲面上呈红褐色，并且有蜂窝状麻点，越在大坡道区段此类现象越多。这就是吊弦分流所引起的。导线与承力索之间存在压差，在腕臂或软横跨上下部定位绳间形成局部环流，造成接触网零部件分流，有分流就会产生电气烧伤，尤其是对接触网的活动部位的危害性较大。活动部位多为点线接触而非面面接触，位移量大，接触电阻相应变大，因此分流烧伤程度也就比较严重。接触网检修、运营原因，导致接触网设备烧伤。现行的铁路接触网运行检修规程中，对电气连接的各部件没有明确的量化指标，使得供电管理部门检修时没有具体的技术依据；加之运营中受多种因素影响对接触网设备很难定期更换，对运营中的电气连接缺乏行之有效的检测方法和手段，容易造成设备隐患的排查疏漏，最终导致接触网设备烧伤。
1）在接触网施工时未能严格执行有关标准,导致电连接器的接线不正确、线夹安装不标准。如馈线上网点铝线与铜承力索间电器过渡不良，阻抗较大，长时间运行温升过高，加之连接部件材质和压接工艺不高，最终致使过渡线夹烧伤断裂。2）在煤矿铁路的定量装车点和重污区附近的接触网设备，由于长期处于煤渣和粉尘的污染中，导致悬式和棒式绝缘子、分段绝缘器、隔离开关等电气连接设备的绝缘性能大大降低，经常造成放电接地等电气烧伤故障。例如为了防止装卸时煤炭和车体冻住，云冈沟各矿定量装车点在冬季装车时都要喷洒防冻液(油质液体)，受风力的作用，防冻液常被刮到装车点附近的接触网设备上，导致绝缘子、分段绝缘器等的绝缘性能降低、引发接地烧伤故障。
3）异物落在接触网上造成短路、接地，烧毁线索和设备。例如跨越线、细铁线、垃圾、树枝等受恶劣天气影响、被风刮到接触网上。
4）隧道结冰、漏水、遮导板脱落造成接触网短路接地、设备烧伤。例如为开创大同云冈旅游，市林业局对马武山隧道上方的树木定期浇水，仅2009年冬，就有6起因隧道漏水结冰引起接触网设备的烧伤故障。
5）供电操作人员误送电、误停电、误操作，电力机车内部故障、电力机车司机误闯无电区、弓网故障等，造成接触网短路接地，烧伤接触网。例如2005年5月23日，云冈沟黄土坡接触网专用线隔离开关操作人员在机车进站时误操作(带负荷打开隔离开关)，造成隔离开关、分段绝缘器、接地线烧伤。
6）接触网附加导线对接地体的绝缘距离不够，造成附加导线对地放电及其跨越接触网放电；树木侵入安全限界、鸟巢或自然灾害等原因造成接触网短路接地。例如2006年3月18日，云冈沟云西站173号处回流线与瓷瓶脱开，被风刮到接触网的钢支柱，造成短路接地、烧伤回流线及钢支柱。
二 接触网设备电气烧伤预防措施
上述接触网设备初始设计不合理、技术状态不好、施工不规范、弓网接触不良、外界灾害、维护不到位等原因，均可造成接触网烧伤。所以要从设计、施工、维护三方面进行预防，可按接触网相关规程及接触网设备的实际情况，制定具体的检修细则，切实提高设备供电质量、减少设备电气烧伤现象。新建或改造接触网线路时，都应认真执行《牵引供电设计规范》，结合铁路重载、提速的趋向，合理选定接触网的设备、线材、悬挂类型等；对既有线路长期承受大电流的小线径线索，要及时改造，以适应大功率机车持续载流的需要。在接触网上采用串联电容补偿装置以改善牵引网的电压水平；同时优化运输组织，避免大坡道区段有两台及以上重载列车在同一条供电臂上运行，以减小牵引电流。设计施工时采用面面接触的设备线夹；在安装设备线夹、电联接线夹时，要先对线夹内除杂物并涂导电膏。施工时要建立健全施工技术管理制度，实行全面质量监督管理，认真编制实施施工组织方案，严格执行工艺操作规程，并做好工程质量的验收工作。安装电联接器时，电联接线夹的大小槽要安装正确；不要将绑扎线（防止电联接线散股）夹到线夹内；电联接线应全部夹入线夹槽内。6 大电流(500A及以上）区段，尽可能增强主导电回路的畅通无阻、降低接触电阻。①在载流承力索区段、电力机车经常起动的区、站场两端咽喉区，增设股道电连接；在既有线路改造后，横向电连接的间距由200～250m减至为100～150m。②采用铜合金整体吊弦、载流吊弦，减少环节断点，降低接触电阻，增加导流量。按照技术标准和要求安装电连接器，定期检修和紧固连接件，打磨线夹和电连接线氧化部位，并涂导电膏。馈线上网点处的电连接采用双股连接方式；在四跨锚段关节的主电联接器处、馈线上网处、跳线连结处等地方装设双线夹，以加强电流转换。铜铝过渡线夹采用内包式，并规范安装程序，涂绝缘防护层；以增大导流面积，降低接触电阻和氧化程度。
9在上跨桥下的接触网导线两端加装绝缘套管，避免异物落下造成供电设备故障；在多股道站场内立体交叉的接触网线索处，加装等位线连接两交叉线索、消除压差，或调整交叉线索间距，保证带电两线索间的绝缘距离大于200mm。将测温贴片贴在锚段关节、电连接器等有关利用其色彩随温升而变化的特性来监测电气连接的性能和状态，加强夜间巡视工作以便及时发现电气烧伤问题。选派业务素质高的技术骨干，每周对接触网线路进行夜间巡视，及时发现接触网设备受热发红、闪络放电的隐患。对线岔和锚段关节处的电连接、站场的股道电连接、上网点，要利用“天窗”检修点重点检查，要及时更换不良线夹和电连接线。对既有线路和改造后的线路要缩短检修周期，制订适合本供电区段的检修计划，对线夹和线索连接处定期进行检查，消除接触部位的氧化物、电腐蚀物，对内部烧伤严重的连接零件要及时更换，确保电气连接状态良好。对上跨桥和接触网附近的施工，供电部门要签订安全协议，建立联系方式，制定安全防护措施；并在这些地方设立警示牌，监督检查施工现场作业程序，危险施工段要派人全过程盯守，确保施工作业安全受控。加大科技投入，购置先进测试仪器，要定期对接触网设备进行温度及技术数据的检测，发现异常立即检修整治。
三 结束语
随着铁路的跨越式发展，接触网设备电气烧伤故障的防治越加重要；供电管理部门只有提升设计、施工、检修运营水平，采用先进的设备、施工工艺、智能化监控手段，才能做到早预防、早发现、早整治，减少接触网设备的电气烧伤故障。
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