沈丹客運專線隧道口附加導(dǎo)線過渡方案研究

崔艷龍，李文豪，郭雅婕

沈丹客運專線隧道口附加導(dǎo)線過渡方案研究

崔艷龍，李文豪，郭雅婕

通過比較AT供電方式下附加導(dǎo)線在隧道口轉(zhuǎn)換方案的優(yōu)缺點，確定了沈丹客運專線采用肩架懸掛直接跨越方式。根據(jù)沈丹客專隧道數(shù)量多且分布密集的特點，對肩架懸掛方案進行了分析和比選，確定采用正饋線由田野側(cè)V形懸掛，轉(zhuǎn)至線路側(cè)V形懸掛，最后跨越承力索在隧道口對向下錨；保護線在田野側(cè)正常懸掛至隧道口內(nèi)壁上終端下錨，然后沿隧道壁敷設(shè)至隧道拱頂，通過隧道拱頂終端下錨進入隧道的方案。最后結(jié)合工程實際，提出了在設(shè)計和施工中處理隧道口附加導(dǎo)線下錨及跨越問題的若干建議。

隧道口；附加導(dǎo)線；AT供電

0 引言

目前高速鐵路普遍采用AT供電方式，在建設(shè)中，接觸網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)絕緣距離不足成為影響供電安全和可靠性的重要問題，該問題在隧道斷面較小的線路上尤為突出，受隧道凈空限制，隧道內(nèi)正饋線需設(shè)置在隧道拱頂，即上、下行線路之間，而隧道外正饋線設(shè)置在線路的田野側(cè)，這樣在隧道出入口附近常涉及附加導(dǎo)線的過渡換邊，需要進行一次正饋線和承力索的跨越，因此，隧道口25 kV線路交叉轉(zhuǎn)換不可避免，這樣容易引起正饋線距承力索、正饋線距隧道壁、正饋線距保護線絕緣距離不足、正饋線轉(zhuǎn)角較大時與肩架和支柱絕緣距離不足等問題。在已經(jīng)開通運行的石太、武廣、鄭西、溫福、甬臺溫、福廈、哈大、津秦等客運專線都出現(xiàn)過類似隧道口絕緣距離不足導(dǎo)致的變電所跳閘事故。因此，在附加導(dǎo)線由隧道外向隧道內(nèi)轉(zhuǎn)換過程中，如何保證附加導(dǎo)線和接觸懸掛、附加導(dǎo)線和接地體之間的動態(tài)絕緣間隙成為設(shè)計關(guān)注的重點。

沈丹客運專線沿線隧道密集，全線共計58座隧道，研究合理的隧道口附加導(dǎo)線過渡方案對保證供電可靠性具有重要意義。

1 自由懸掛導(dǎo)線的弛度計算

在2根支柱間，懸掛1根固定截面的保護線或正饋線時，線在自重和附加負載的作用下自然形成一個弛度，線索交叉時，弛度的大小對動態(tài)絕緣距離產(chǎn)生直接影響[1]。

自由懸掛可分為等高懸掛和不等高懸掛2種。當(dāng)兩懸掛點在同一水平位置時為等高懸掛。當(dāng)兩懸掛點不在同一水平位置時為不等高懸掛，如圖1。

圖1 不等高懸掛示意圖

從線的弧垂最低點到兩懸掛點的垂直距離稱為該懸掛點的弛度F，其計算公式如下：

式中，F(xiàn)為等高懸掛時懸掛點的弛度；g為單位長度的自重負載；l為跨距；T為張力。

不等高懸掛時的A、B點弛度F1、F2的計算公式分別為

式中，h為懸掛點高差。

客運專線中附加導(dǎo)線懸掛在正常中間區(qū)段大多是等高懸掛，但在隧道口過渡時由于需要將附加導(dǎo)線進行抬高過渡，所以此時為不等高懸掛。

2 隧道口附加導(dǎo)線轉(zhuǎn)換方案

隧道口正饋線的轉(zhuǎn)換換邊會產(chǎn)生正饋線和承力索的交叉跨越，跨越方式一般分為跳線方式跨越和直接跨越2類，其中直接跨越又可以根據(jù)使用輕型橫梁或肩架的不同而有所區(qū)別。

2.1 跳線方式跨越

采用跳線方式跨越時，在隧道二次襯砌的側(cè)壁上設(shè)置2個錨臂將正饋線斷開，在洞門二次襯砌上設(shè)柱式合成絕緣子固定跳線，通過跳線連接使正饋線在機械上斷開、電氣上貫通。PW線也通過2個錨臂在機械上斷開，通過跳線連接實現(xiàn)電氣貫通。

該方案的優(yōu)點是正饋線和保護線在下錨前與承力索無交叉，能很好控制AF線、PW線和接觸懸掛的絕緣距離。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

2.2 輕型橫梁直接跨越

利用隧道外第1組支柱設(shè)置輕型橫梁，在橫梁上設(shè)置柱式合成絕緣子，隧道外第2組支柱柱頂設(shè)置柱式絕緣子，通過隧道外順線路方向2組支柱實現(xiàn)正饋線跨越承力索，此時正饋線直接跨越到線路內(nèi)側(cè)，然后順接入隧道，與承力索不再交叉。交叉點AF線與承力索距離可保證不小于1 m。PW線順原方向在隧道口襯砌上終端下錨，用跳線連接至隧道內(nèi)PW線。

該方案的優(yōu)點是能很好控制AF線和接觸懸掛的絕緣距離，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。缺點是結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，成本稍高。

2.3 肩架直接跨越

該方案中AF線在隧道外逐漸由田野側(cè)轉(zhuǎn)到線路側(cè)，由于使用肩架，所以AF線仍在線路外，最后一跨直接跨越線路，在隧道口對向下錨。PW線轉(zhuǎn)換方式與使用輕型橫梁跨越方式相同。

該方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單。存在的問題主要是AF線直接跨越接觸懸掛，跨中絕緣距離不易控制。

3 沈丹客專隧道口附加導(dǎo)線過渡方案比選

通過以上分析，跳線方式跨越和輕型橫梁跨越這2種方案存在安裝較為復(fù)雜、投資較大的缺點，而采用肩架跨越方式，簡單靈活，且投資較少，在有效控制弛度的前提下，性價比最高，下文結(jié)合沈丹客專隧道多且密集的實際情況，對研究的3種方案進行比選。

（1）方案一。對于單個隧道的進出口，通過隧道外的3組支柱進行轉(zhuǎn)換。正饋線先由田野側(cè)V形懸掛轉(zhuǎn)至柱頂安裝，再由柱頂轉(zhuǎn)至線路側(cè)V形懸掛，最后由線路側(cè)跨越承力索在隧道口對向下錨進入隧道，保護線的轉(zhuǎn)換按照在田野側(cè)正常懸掛至隧道口內(nèi)壁上終端下錨，然后沿隧道壁敷設(shè)至隧道拱頂，通過隧道拱頂?shù)慕K端下錨進入隧道。在隧道群區(qū)段，兩隧道間支柱≤5根時，正饋線采用線路側(cè)V形懸掛至隧道口對向下錨進入隧道，保護線轉(zhuǎn)換同前所述。具體方案如圖2和圖3所示。

圖2 正饋線、保護線隧道口轉(zhuǎn)換方案（橋梁、路基進隧道或隧道群間支柱≥6根）示意圖

圖3 正饋線、保護線隧道口轉(zhuǎn)換方案（隧道群間支柱≤5根）示意圖

（2）方案二。對于單個隧道的進出口，正饋線先由田野側(cè)正常懸掛轉(zhuǎn)至田野側(cè)柱頂安裝，再由田野側(cè)柱頂安裝轉(zhuǎn)至線路側(cè)V形懸掛，最后由線路側(cè)跨越承力索在隧道口對向下錨進入隧道，保護線的轉(zhuǎn)換按照在田野側(cè)正常懸掛至線路側(cè)柱頂，再由線路側(cè)柱頂轉(zhuǎn)至線路側(cè)長肩架，最后跨越承力索在隧道口對向下錨進入隧道。在隧道群區(qū)段，兩隧道間支柱≤5根時，正饋線采用線路側(cè)V形懸掛至隧道口對向下錨進入隧道，保護線采用線路側(cè)長肩架安裝，分別至隧道口對向下錨進入隧道。具體方案如圖4和圖5所示。

圖4 正饋線、保護線隧道口轉(zhuǎn)換方案（橋梁、路基進隧道或隧道群間支柱≥6根）示意圖

圖5 正饋線、保護線隧道口轉(zhuǎn)換方案（隧道群間支柱≤5根）示意圖

（3）方案三。對于單個隧道的進出口，正饋線先由田野側(cè)升高且采用V形懸掛，再由田野側(cè)V形懸掛轉(zhuǎn)至線路側(cè)V形懸掛，最后跨越承力索在隧道口對向下錨進入隧道，如圖6所示。在隧道群區(qū)段，兩隧道間支柱≤5根時，附加導(dǎo)線轉(zhuǎn)換與方案一相同。

圖6 正饋線、保護線隧道口轉(zhuǎn)換方案（橋梁、路基進隧道或隧道群間支柱≥6根）示意圖

（4）方案比較。3種方案均可實現(xiàn)附加導(dǎo)線在隧道口的轉(zhuǎn)換，但方案二在跨中時正饋線和保護線的絕緣距離不易控制，而方案一和方案三能較好的控制不同導(dǎo)線之間的絕緣距離，但由于方案三相比方案一能減少柱式絕緣子的使用，節(jié)約成本且提高系統(tǒng)的可靠性，因此沈丹客專附加導(dǎo)線轉(zhuǎn)換采用方案三。

4 結(jié)論

根據(jù)沈丹客運專線的實際情況，在研究了常用的幾種附加導(dǎo)線轉(zhuǎn)換方案的基礎(chǔ)上，對隧道口附加導(dǎo)線通過肩架進行轉(zhuǎn)換的3種方案進行了細化比選，確定采用正饋線先由田野側(cè)升高且采用V形懸掛，再由田野側(cè)V形懸掛轉(zhuǎn)至線路側(cè)V形懸掛，最后跨越承力索在隧道口對向下錨進入隧道；保護線按照在田野側(cè)正常懸掛至隧道口內(nèi)壁上終端下錨，然后沿隧道壁敷設(shè)至隧道拱頂，通過隧道拱頂?shù)慕K端下錨進入隧道的方案。

此外，鑒于隧道口附加導(dǎo)線的轉(zhuǎn)化對動態(tài)絕緣距離的影響較為敏感，結(jié)合工程實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，對設(shè)計和施工中處理隧道口附加導(dǎo)線下錨及跨越問題提出以下建議：

（1）隧道口處應(yīng)充分考慮接觸懸掛下錨支與附加線跨越接觸懸掛時的交叉影響，隧道口外100 m范圍內(nèi)（約2跨）盡量不設(shè)接觸懸掛下錨支。

（2）隧道內(nèi)距洞口2 m范圍宜設(shè)置附加導(dǎo)線對向下錨，保護線的下錨轉(zhuǎn)換方式宜根據(jù)隧道斷面、凈空及區(qū)間接觸網(wǎng)平面布置等綜合考慮。

（3）隧道洞口外第1根支柱距隧道缺口里程的距離不宜過小，當(dāng)正饋線轉(zhuǎn)角大于5°時，懸掛宜采用雙絕緣子“V形”結(jié)構(gòu)懸掛。

（4）正饋線與承力索交叉處兩線索均應(yīng)加裝絕緣護套，護套長度按交叉點左右各5 m設(shè)計。

（5）隧道內(nèi)及洞口處不同相位帶電體間以及帶電體對地和對建筑物的絕緣間隙應(yīng)考慮溫度變化、風(fēng)速（包括隧道內(nèi)活塞風(fēng)）、覆冰等影響因素，按最不利的情況進行校核，必要時可采取加強絕緣措施。

[1] 于萬聚. 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

[2] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].中國鐵道出版社，2009.

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范[S].中國鐵道出版社，2005.

[4] 隧道口AF線、PW線與隧道拱壁之間絕緣距離及摩線問題解決方案[J].電氣技術(shù)，2011，（4）.

Comparing the advantages and disadvantages of the projects for the transforming of additive wire at the tunnel portal in Autotransformer feeding system, and determining to choose the mode in which the additive wire cross directly with the shoulder in Shendan Passenger Dedicated Line(PDL). According to the characteristics that the number of the tunnels is large and the distribution is dense in Shendan PDL, the projects which use shoulders to hang the additive wire was analyzed and compared. The final project for Shendan PDL was determined in which the AF feeder(AF) was hung at V-shape from the side of the field to the side of line, then, crossed the catenary and droped intermediate anchor. The protective wire(PW) was hung on the side of the field until droping anchor at the wall of the tunnel portal and laid along the wall to the vault, then, droped anchor on the vault and entered the tunnel. In the end, Connecting with the engineering practice, the paper gave several Suggestions for the problems of the additive wire droping anchor and crossing in the design and construction.

Tunnel portal; additive wire; autotransformer feeding system

U231.8

B

1007-936X(2015)01-0033-04

2014-09-15

崔艷龍.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，助理工程師，電話：18502216588；李文豪.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，工程師；郭雅婕.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，助理工程師。