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摘要：通过对接触网永久性接地的故障树分析，查找出能引起接触网永久性接地故障的所有底事件，并制定防范措施，为设备维护提供参考。
关键词：接触网;永久性接地故障;故障树
Abstract：Based on the Fault Tree Analysis to the permanent phase-to-ground faults of overhead line system，find the whole root events which could cause permanent phase-to-ground faults，then formulate preventive measures and provide a reference for equipments maintenance.
Key words：Overhead line system;Permanent phase-to-ground faults;Fault Tree
0引言
接触网系统在运行过程中，绝大多数故障都是接地短路故障。接地短路故障分为瞬时性短路故障和永久性短路故障。瞬时性短路一般通过一次重合闸，能使接触网系统恢复供电，而永久性短路接地是指一次重合闸不成功，需要人员到现场进行抢修才能恢复供电的短路故障[1]。通过接触网永久性接地短路故障树分析，可以让我们知道哪些事件或者事件的组合可以导致接地故障的发生，进而制定有效的防范措施，防止短路故障的出现，以此提升接触网系统的可靠性水平。
1 建立接触网永久性接地故障树
1.1永久性接地故障分析
故障树是用来表明系统中的哪些组成部分发生故障或外界事件发生以及它们的组合将会导致系统发生一种给定故障的逻辑图[2]。
接触网系统由支柱及基础、支持与定位装置、接触悬挂及附加悬挂组成。在组成接触网系统的部件中，支柱及基础属于不带电设备，在正常运行情况下，支柱及基础的电位为零，所以在接地短路故障中，不存在支柱及基础接地短路的问题。支持与定位装置以及接触悬挂，在正常情况下保持带电，额定电压27.5Kv。在附加悬挂中，供电线是接触网系统中故障多发的部件。所以，总的来看，接触网系统的永久性接地主要由支持及定位装置、接触悬挂、附加悬挂等接地短路引起。并且，由于上述设备在电气上是导通连成一个整体的，一旦某个设备出现永久性接地短路，必然造成整个接触网系统的永久性接地短路。
从接触网系统运行情况看，定位装置所发生的永久性短路接地故障较少。由于定位装置离支柱及钢轨、地面的距离较远，即便发生零部件脱落等情况，故障情况更多地表现为瞬时短路接地或者打弓等，永久性接地情况比较少见，因此本文在故障树建立过程中，不再考虑定位装置接地短路的问题。支持装置由于仅通过棒式绝缘子直接与支柱相连，一旦绝缘子击穿或者被外界侵入的异物短接，或者带电部分与建筑物等绝缘距离不足，就会产生永久性接地故障。同时，如果发生腕臂连接零部件松脱或断裂，将导致腕臂脱落，也必然导致短路接地，但这种情况在设备运行中极少发生，本文不作考虑因素进行分析。
1.2 建立故障树
根据上述分析，建立接触网系统永久性接地短路的故障树。
从故障树中可以看出，接触悬挂、附加悬挂以及支持装置中任何一个组成单元发生短路，都将导致整个接触网系统的短路故障。同时，能够造成上述三个单元短路故障的原因又是多样的。前文已经对支持装置接地短路的原因进行了分析，并在故障树中画出。下面对接触悬挂和附加悬挂的接地短路进行分析。
1.3 接触悬挂接地短路分析
接触悬挂由接触线、承力索、吊弦、补偿装置以及与悬挂相连的各种部件组成[3]。在接触悬挂的永久性接地短路故障中，接触线断线、承力索断线以及引线、电连接线等接地造成的短路故障占绝大多数。同时，接触线断线，承力索断线以及引线接地短路（注：下文中将开关引线、电连接线、避雷器引线等统称为引线）等又存在多种故障原因。
（1）承力索断线
在接触网系统的日常运营过程中，承力索断线较为常见，会引起断线的原因较多，分析如下：
1）外界异物侵入造成接地短路放电，烧断承力索。
2）在车站咽喉以及锚段关节等处所，当两支承力索交叉且距离过小，且未加装等电位线，发生相互间放电，最终烧断承力索。
3）补偿装置的补偿绳断裂、下锚连接部件断裂等。
4）旋转腕臂卡滞后造成承力索张力不均衡，绷断线索。
5）当两支承力索相磨或者承力索与腕臂相磨时，加上线索因热胀冷缩在顺线路方向上的来回运动，磨损导致发生断线。
6）承力索施工遗留硬伤或者雷击等产生断股后，未及时发现补强，造成断线。
（2）接触线断线
在接触网日常运营中，接触线断线是较常见的故障，会造成接触线断线的原因有很多，且除机车影响外，与承力索断线原因相近，本文不再赘述。
（3）引线故障
隔离开关引线断裂、脱落，避雷器引线脱落，电连接线断裂、脱落以及中心锚节绳的断裂、脱落都会造接触网系统的永久性接地短路。由于上述设备发生断裂或脱落的原因相近，本文只选取开关引线故障进行分析。
造成开关引线断裂或者脱落的原因如下：
1）引线烧断：外界异物侵入造成设备接地短路，或者设备线夹连接处紧固不到位，接触电阻过大，长期发热烧断。
2）引线抽脱：由于设备施工过程紧固不到位或者预留弛度过紧等原因，在悬挂热胀冷缩的作用下，将引线从设备线夹中拉出。 3）引线在安装过程中出现损伤存在断股等情况，未及时处置。
1.4 附加悬挂接地短路分析
附加悬挂主要包括供电线、正馈线、回流线以及保护线等。本文主要对供电电线短路故障进行分析。目前高铁区段使用27.5Kv单芯电缆的比例较高。所以在分析供电线故障过程中，从架空线故障和电缆故障两个方面进行。
（1）架空线故障
架空线形式的供电线在日常设备运行过程中，发生故障的概率相对较小，原因也较为简单，主要表现为以下方面：
1）外界异物侵害，发生断线，包括沿线危树、钢塔搭建的鸟巢等;
2）绝缘子污闪或破损，包括雷击造成绝缘子破损，形成永久性接地。
（2）电缆故障
电缆故障主要表现为电缆头击穿、电缆绝缘击穿等，故障原因主要为：
1）电缆头制作工艺不到位，电缆头存在先天缺陷;
2）单芯电缆接地不正确导致电缆头烧损;
3）电缆敷设过程中，表皮有破损，最终导致绝缘击穿。
2 故障树定性分析
前面通过对接触网系统永久性接地故障产生原因的分析，建立了故障树。同时，对可能造成系统永久性接地短路的各种原因进行了分析，从分
析中可以看出，所有上述分析出的原因事件中，任何一个单一事件发生，都将导致接触网系统永久性接地短路故障的出现，即顶事件发生。所以，上述原因事件均为能够促使顶事件发生的最小割集。见表1。
表1 接触网系统永久性接地短路为顶事件的最小割集
接触网系统单元
支持装置
接触悬挂
附加悬挂
最小割集
棒式绝缘子破损，棒式绝缘子污闪，带电体绝缘距离不足放电，外界异物侵入导致接地短路
外界异物侵入烧断线、索，线索间缺等位线烧断，张力不均绷断线、索，线索（管）距离不足，且没有防护措施磨断线索，承力索有断股等损伤，接触线磨耗过度或有损伤，坠砣卡滞绷断线、索，补偿绳磨断，补偿绳终端抽脱，下锚连接部件断裂，引线线夹紧固不到位，引线弛度过小，引线存在断股，绝缘子击穿
外界异物侵入烧断架空线，绝缘子污闪或破损，电缆接地不正确，电缆头施工质量不佳
3 制定防范措施
根据上节所列能引起接触网系统永久性接地短路故障的底事件，制定相应的检查防范措施，由于篇幅原因，本文中只列举出支持装置短路故障的防范措施，见表2。
表2 支持装置短路故障防范措施
序号
底事件描述
维护措施
1
棒式绝缘子破损击穿
1、做好棒式绝缘子日常检查，及时发现、整治破损等情况;
2、雷击跳闸后，及时更换有破损的绝缘子。
2
棒式绝缘子污闪击穿
1、认真排摸管内重污区段分布情况;
2、严格依照绝缘清扫周期做好绝缘清洁工作。
3
带电体绝缘距离不足放电
1、排查管内是否存在支持装置带电体与建筑物不足500mm的情况;
2、及时整治绝缘距离不足的处所。
4 结论
本文以接触网系统永久性接地短路故障分析为主线，依靠系统可靠性理论中故障树分析的有关方法，对产生接触网系统永久性短路接地故障的各种原因进行了分析，并建立了故障树。同时，根据故障树定性分析方法，查找出能够使接触网系统出现永久性接地短路故障的所有最小割集。最后为防范永久性接地故障的发生，制定了相应的防范措施，对接触网系统的日常巡检和故障抢修具有指导意义。
参考文献：
[1]罗松松.接触网系统可靠性与维修性研究[D].成都：西南交通大学硕士学位论文，2008.
[2]曾声奎.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.
[3]董昭德.接触网[M].北京：中国铁道出版社，2010.
关键词：接触网;永久性接地故障;故障树
Abstract：Based on the Fault Tree Analysis to the permanent phase-to-ground faults of overhead line system，find the whole root events which could cause permanent phase-to-ground faults，then formulate preventive measures and provide a reference for equipments maintenance.
Key words：Overhead line system;Permanent phase-to-ground faults;Fault Tree
0引言
接触网系统在运行过程中，绝大多数故障都是接地短路故障。接地短路故障分为瞬时性短路故障和永久性短路故障。瞬时性短路一般通过一次重合闸，能使接触网系统恢复供电，而永久性短路接地是指一次重合闸不成功，需要人员到现场进行抢修才能恢复供电的短路故障[1]。通过接触网永久性接地短路故障树分析，可以让我们知道哪些事件或者事件的组合可以导致接地故障的发生，进而制定有效的防范措施，防止短路故障的出现，以此提升接触网系统的可靠性水平。
1 建立接触网永久性接地故障树
1.1永久性接地故障分析
故障树是用来表明系统中的哪些组成部分发生故障或外界事件发生以及它们的组合将会导致系统发生一种给定故障的逻辑图[2]。
接触网系统由支柱及基础、支持与定位装置、接触悬挂及附加悬挂组成。在组成接触网系统的部件中，支柱及基础属于不带电设备，在正常运行情况下，支柱及基础的电位为零，所以在接地短路故障中，不存在支柱及基础接地短路的问题。支持与定位装置以及接触悬挂，在正常情况下保持带电，额定电压27.5Kv。在附加悬挂中，供电线是接触网系统中故障多发的部件。所以，总的来看，接触网系统的永久性接地主要由支持及定位装置、接触悬挂、附加悬挂等接地短路引起。并且，由于上述设备在电气上是导通连成一个整体的，一旦某个设备出现永久性接地短路，必然造成整个接触网系统的永久性接地短路。
从接触网系统运行情况看，定位装置所发生的永久性短路接地故障较少。由于定位装置离支柱及钢轨、地面的距离较远，即便发生零部件脱落等情况，故障情况更多地表现为瞬时短路接地或者打弓等，永久性接地情况比较少见，因此本文在故障树建立过程中，不再考虑定位装置接地短路的问题。支持装置由于仅通过棒式绝缘子直接与支柱相连，一旦绝缘子击穿或者被外界侵入的异物短接，或者带电部分与建筑物等绝缘距离不足，就会产生永久性接地故障。同时，如果发生腕臂连接零部件松脱或断裂，将导致腕臂脱落，也必然导致短路接地，但这种情况在设备运行中极少发生，本文不作考虑因素进行分析。
1.2 建立故障树
根据上述分析，建立接触网系统永久性接地短路的故障树。
从故障树中可以看出，接触悬挂、附加悬挂以及支持装置中任何一个组成单元发生短路，都将导致整个接触网系统的短路故障。同时，能够造成上述三个单元短路故障的原因又是多样的。前文已经对支持装置接地短路的原因进行了分析，并在故障树中画出。下面对接触悬挂和附加悬挂的接地短路进行分析。
1.3 接触悬挂接地短路分析
接触悬挂由接触线、承力索、吊弦、补偿装置以及与悬挂相连的各种部件组成[3]。在接触悬挂的永久性接地短路故障中，接触线断线、承力索断线以及引线、电连接线等接地造成的短路故障占绝大多数。同时，接触线断线，承力索断线以及引线接地短路（注：下文中将开关引线、电连接线、避雷器引线等统称为引线）等又存在多种故障原因。
（1）承力索断线
在接触网系统的日常运营过程中，承力索断线较为常见，会引起断线的原因较多，分析如下：
1）外界异物侵入造成接地短路放电，烧断承力索。
2）在车站咽喉以及锚段关节等处所，当两支承力索交叉且距离过小，且未加装等电位线，发生相互间放电，最终烧断承力索。
3）补偿装置的补偿绳断裂、下锚连接部件断裂等。
4）旋转腕臂卡滞后造成承力索张力不均衡，绷断线索。
5）当两支承力索相磨或者承力索与腕臂相磨时，加上线索因热胀冷缩在顺线路方向上的来回运动，磨损导致发生断线。
6）承力索施工遗留硬伤或者雷击等产生断股后，未及时发现补强，造成断线。
（2）接触线断线
在接触网日常运营中，接触线断线是较常见的故障，会造成接触线断线的原因有很多，且除机车影响外，与承力索断线原因相近，本文不再赘述。
（3）引线故障
隔离开关引线断裂、脱落，避雷器引线脱落，电连接线断裂、脱落以及中心锚节绳的断裂、脱落都会造接触网系统的永久性接地短路。由于上述设备发生断裂或脱落的原因相近，本文只选取开关引线故障进行分析。
造成开关引线断裂或者脱落的原因如下：
1）引线烧断：外界异物侵入造成设备接地短路，或者设备线夹连接处紧固不到位，接触电阻过大，长期发热烧断。
2）引线抽脱：由于设备施工过程紧固不到位或者预留弛度过紧等原因，在悬挂热胀冷缩的作用下，将引线从设备线夹中拉出。 3）引线在安装过程中出现损伤存在断股等情况，未及时处置。
1.4 附加悬挂接地短路分析
附加悬挂主要包括供电线、正馈线、回流线以及保护线等。本文主要对供电电线短路故障进行分析。目前高铁区段使用27.5Kv单芯电缆的比例较高。所以在分析供电线故障过程中，从架空线故障和电缆故障两个方面进行。
（1）架空线故障
架空线形式的供电线在日常设备运行过程中，发生故障的概率相对较小，原因也较为简单，主要表现为以下方面：
1）外界异物侵害，发生断线，包括沿线危树、钢塔搭建的鸟巢等;
2）绝缘子污闪或破损，包括雷击造成绝缘子破损，形成永久性接地。
（2）电缆故障
电缆故障主要表现为电缆头击穿、电缆绝缘击穿等，故障原因主要为：
1）电缆头制作工艺不到位，电缆头存在先天缺陷;
2）单芯电缆接地不正确导致电缆头烧损;
3）电缆敷设过程中，表皮有破损，最终导致绝缘击穿。
2 故障树定性分析
前面通过对接触网系统永久性接地故障产生原因的分析，建立了故障树。同时，对可能造成系统永久性接地短路的各种原因进行了分析，从分
析中可以看出，所有上述分析出的原因事件中，任何一个单一事件发生，都将导致接触网系统永久性接地短路故障的出现，即顶事件发生。所以，上述原因事件均为能够促使顶事件发生的最小割集。见表1。
表1 接触网系统永久性接地短路为顶事件的最小割集
接触网系统单元
支持装置
接触悬挂
附加悬挂
最小割集
棒式绝缘子破损，棒式绝缘子污闪，带电体绝缘距离不足放电，外界异物侵入导致接地短路
外界异物侵入烧断线、索，线索间缺等位线烧断，张力不均绷断线、索，线索（管）距离不足，且没有防护措施磨断线索，承力索有断股等损伤，接触线磨耗过度或有损伤，坠砣卡滞绷断线、索，补偿绳磨断，补偿绳终端抽脱，下锚连接部件断裂，引线线夹紧固不到位，引线弛度过小，引线存在断股，绝缘子击穿
外界异物侵入烧断架空线，绝缘子污闪或破损，电缆接地不正确，电缆头施工质量不佳
3 制定防范措施
根据上节所列能引起接触网系统永久性接地短路故障的底事件，制定相应的检查防范措施，由于篇幅原因，本文中只列举出支持装置短路故障的防范措施，见表2。
表2 支持装置短路故障防范措施
序号
底事件描述
维护措施
1
棒式绝缘子破损击穿
1、做好棒式绝缘子日常检查，及时发现、整治破损等情况;
2、雷击跳闸后，及时更换有破损的绝缘子。
2
棒式绝缘子污闪击穿
1、认真排摸管内重污区段分布情况;
2、严格依照绝缘清扫周期做好绝缘清洁工作。
3
带电体绝缘距离不足放电
1、排查管内是否存在支持装置带电体与建筑物不足500mm的情况;
2、及时整治绝缘距离不足的处所。
4 结论
本文以接触网系统永久性接地短路故障分析为主线，依靠系统可靠性理论中故障树分析的有关方法，对产生接触网系统永久性短路接地故障的各种原因进行了分析，并建立了故障树。同时，根据故障树定性分析方法，查找出能够使接触网系统出现永久性接地短路故障的所有最小割集。最后为防范永久性接地故障的发生，制定了相应的防范措施，对接触网系统的日常巡检和故障抢修具有指导意义。
参考文献：
[1]罗松松.接触网系统可靠性与维修性研究[D].成都：西南交通大学硕士学位论文，2008.
[2]曾声奎.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.
[3]董昭德.接触网[M].北京：中国铁道出版社，2010.