地铁刚性接触网塌网故障应急方案优化研究

地铁刚性接触网塌网故障应急方案优化研究

安贵磊

济南轨道交通集团第一运营有限公司 山东 济南 250300

摘要：隧道中使用。刚性接触网具有安全可靠性高，事故发生率低，零部件少，载流量大，维修工作量小等特点，广泛应用于地下隧道线路。因接触网无冗余设计，一旦接触网发生塌网故障，将造成整个供电分区失压，列车将长时间迫停于区间，造成地铁运营线路阻塞，存在因乘客恐慌造成人员伤亡的风险。当前对国铁线路接触网断线研究相对较多，对地铁接触网塌网故障的研究较少。创新优化刚性接触网故障抢修流程及行车组织，能有效提高故障发生后的处理效率，减小故障对地铁安全运营的影响。

关键词：地铁；刚性接触网；故障

1 地铁刚性接触网简介

地铁刚性接触网主要由接触悬挂、支持定位装置、绝缘部件以及架空地线等部分组成。接触悬挂由汇流排、接触线、伸缩部件、中心锚节等组成。接触悬挂的支持和定位装置通过绝缘子把铝合金汇流排、接触线等固定在隧道顶或隧道壁上。绝缘部件一般采用公称泄露距离不小于250 mm的瓷质绝缘子。汇流排的作用是夹持、固定接触线，承载和传输电能。汇流排一般用铝合金材料制成，分为“Π”型结构和“T”型结构2种，其长度一般制成10 m或12 m，汇流排通过接头连接。典型刚性接触网安装示意图如图1所示。

图1 典型刚性接触网安装示意图（单位：mm)

2 地铁刚性接触网事故

2.1 国内刚性接触网塌网案例

2012年9月8日某地铁1号线某区间接触网接触线脱落，造成接触网短路跳闸，导致列车上的113名乘客全部区间疏散，地铁停运1 h 5 min。故障原因为隧道潮湿，接触网可断开装置导电油脂不够，产生电腐蚀，列车在行驶过程中振动，接触线脱落，超出车辆限界，造成接触网短路跳闸。

2021年4月3日，某地铁2号线某区间(长约1.6 km，设有350～450 m的曲线半径)的列车发生弓网故障，接触网2X05供电分区失电，导致约50 m架空刚性接触网塌网，列车迫停，执行了区间疏散。启用小交路运营及公交接驳，该故障导致正线中断行车6 h 24 min。

2.2 接触网塌网原因分析

接触网安装在隧道顶部，工作环境恶劣，接触网弛度、零部件的机械松紧度、设备的绝缘度、线索的载流能力、弓网关系均会随着使用环境的变化而变化。通过对刚性接触网组成及结构研究，分析出接触网塌网原因有以下3类。

(1)紧固件松动。

化学锚栓与隧道土建机构脱落、绝缘子与定位线夹脱落、绝缘子与定位槽钢脱落等造成接触网塌网，主要是由于刚性悬挂的连接点基本都是使用螺纹连接，没有设计缓冲功能，一旦受到来自受电弓的不断撞击就会产生巨大振动，进而导致接触网脱落、塌网。

(2)接触线与汇流排结合处脱槽。

接触线脱槽的因素是综合性的，首先是安装过程中出现了硬弯，导致汇流排钳口处存在异物，然后在投入使用中经常遇到隧道漏水的情况，慢慢形成的水垢膨胀，最后导致接触线脱槽。

(3)弓网故障。

刚性接触网在发生弓网故障时，由于刚性结构锚栓的机械强度远远大于绝缘子的机械强度，故在发生弓网故障时往往是先破坏绝缘子，在拉力作用下化学锚栓变形，汇流排下沉。当冲击力相当大时，根据受电弓的破坏力度，一般情况下会造成3～4个定位装置脱落，导致受电弓损坏，接触网塌网。

通过对接触网故障原因分析，刚性接触网塌网故障长度为10～80 m的可能性较大。

3 优化刚性接触网故障应急方案

当正线刚性接触网发生塌网事故后，地铁运营公司对故障处理遵循“先通后复”的原则，主流抢修方法是将受损的接触网拆除，再重新安装，该抢修方式的缺点是耗时较长，严重影响正线列车的运行，致使中断行车时间延长。优化方案从缩短故障处理时间着手，提高列车的运转效率出发，对故障处理方法进行创新。具体实施方法是使用手扳葫芦将故障接触网拉起再固定或将故障接触网切除，再组织列车惰行通过故障区域，维持接触网塌网区段不中断列车运行，待运营结束后再组织接触网恢复抢修。

3.1 抢修方案优化前后对比

对比主流抢修方案和优化后的2种不同的方案。方案1：假设发生接触网塌网故障，定位化学锚栓未脱落时，接触网未断裂，将侵限的接触网利用手扳葫芦拉起，再次固定到悬挂定位上，保证不侵入车辆限界；方案2：接触网塌网故障造成接触网断裂，将故障变形的接触网进行切除。

假设在运营过程中发现刚性接触网塌网故障，当接触网塌网故障长度为25 m时，主流抢修方案故障处理总耗时预计为196 min。

根据接触网受损长度的不同，处理的时长也不同，将该段接触网拆除后经判断具备送电条件后电调送电，车辆在通过该区域时，必须降弓通过，否则会造成二次故障。

3.2 主流方案和优化后方案对比分析

国内地铁公司对刚性接触网塌网故障的主流处理方案存在故障处理耗时长，且对运营影响大的不足。根据故障发生的不同情形，创新优化故障应急处理方案，得出如下结论。

(1)当故障长度小于30 m时采用方案1，故障处理时间更短。

(2)当故障长度超过30 m时采用方案2，故障处理时间更短。

(3)当定位化学锚栓脱落或汇流排断裂后，只能采用方案2。经方案2处理后，会有故障残余设备，对出清时间有一定的影响。

(4)经方案2处理后送电，接触网为单边供电，较方案1供电可靠性降低，且对行车组织要求更高。

4 模拟演练方案验证分析

4.1 故障情景设置与分析

基于长沙地铁4号线设备情况，根据研究抢修方法设置接触网故障场景。

(1)故障场景1。

接触网2个定位绝缘子损坏后脱落、定位锚栓未脱落、接触网下沉，超出了车辆限界，接触网停电。发生故障后电调停电并合上可视化接地刀闸，抢修人员到达现场后，使用方案1对故障处理，总耗时为26 min。

(2)故障场景2。

接触网连续2个以上定位绝缘子损坏，定位锚栓脱落、接触网断裂，接触网停电，故障范围(25 m)。发生故障后电调停电并合上可视化接地刀闸，抢修人员到达现场后，使用方案2对故障处理，总耗时为28 min。

4.2 故障抢修组织模式优化

现有抢修组织模式在人员配备、驻点设置、梯车摆放等方面仍有进一步优化的空间。

5 结论

目前，国内地铁应对接触网塌网故障抢修方案基本为传统做法，耗时较长(一般为3～6 h)且对运营秩序影响较大。本文对刚性接触网塌网故障应急方案的优化研究突破传统做法，大胆创新。

(1)对抢修所需工具进行创新。

例如，研发刚性接触网专用切割机、刚性接触网临时定位工装。

(2)设定不同的接触网塌网故障情景。

对比传统主流的抢修方案，根据分析选择不同的优化方案对故障现场进行抢修，同时，在现有的抢修组织模式上继续优化，多管齐下，可以大幅减少故障抢修的耗时，力求将刚性接触网塌网故障应急处理整体时间缩短至1h内甚至更短。

参考文献

[1]张宗芳，刘文正，张坚，等.城市轨道交通新型刚柔结合接触网研究[J].铁道学报，2021，43(4)：60-66.

[2]刘铁兵.地铁柔性接触网无轨道施工关键技术研究[J].铁道建筑技术，2021(7)：143-147.

[3]关金发，吴积钦，方岩.刚性接触网的研究综述及展望[J].都市快轨交通，2016，29(6)：37-43，59.

[4]杨立.地铁接触网常见故障及对策分析[J].城市建设理论研究(电子版)，2019(7)：205.

[5]代兴彭.铁路接触网常见断线事故及预防措施[J].现代经济信息，2016(4)：351.

[6]安林，王军，李钢，等.电气化铁路自耦变压器供电接触网断线接地故障的识别[J].电力系统自动化，2010，34(23)：92-96.