寧天城際一期工程接觸網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計

梁 勇

寧天城際一期工程接觸網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計

梁 勇

結合寧天城際工程的特點，對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的設計方案進行了描述，提出了剛性懸掛平面布置優(yōu)化方案、柔性懸掛平面布置優(yōu)化方案、接觸網(wǎng)雷電防護設計優(yōu)化方案，從不同角度對接觸網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計提出了建議。關鍵詞：接觸網(wǎng)；剛性懸掛；柔性懸掛；避雷器

0 引言

寧天城際一期工程南起泰山新村站，向北沿泰山新村站、泰馮路、江北大道和金江公路至金牛湖站，全長約45.2 km，共設17座車站和2座主變電所。寧天城際一期工程是南京地鐵線網(wǎng)中第一條全部位于長江以北的線路，為國內軌道交通一次建成里程最長，運行速度最快的城際地鐵，二期工程線路將延伸至安徽省天長市。一期工程于2012年6月開工建設，2014年4月開始空載試運行，2014年8月1日正式投入運營，建設速度之快堪稱國內軌道交通的“奇跡線”。

該工程列車采用B型車4輛編組，最高運行速度為120 km/h，供電系統(tǒng)采用集中110 kV-35 kV兩級供電方式，由新建的大廠東主變電所和方州廣場主變電所引出35 kV電源，向地鐵牽引降壓混合變電所及降壓變電所供電，接觸網(wǎng)系統(tǒng)采用DC 1 500 V架空接觸網(wǎng)受電方式。

1 接觸網(wǎng)系統(tǒng)設計方案

寧天城際一期工程接觸網(wǎng)系統(tǒng)采用直流、雙邊供電方式。接觸網(wǎng)為正極、走行軌為負極，額定電壓1 500 V，允許電壓波動范圍為1 000～1 800 V。全線采用架空接觸網(wǎng)受電方式，地下段采用架空剛性懸掛，地面段和高架段采用全補償簡單鏈形懸掛，車輛段采用全補償簡單鏈形懸掛和補償彈性簡單懸掛，懸掛類型見表1。

架空柔性懸掛由承力索、接觸線和架空地線組成，架空剛性懸掛由匯流排、接觸線和架空地線組成，線材的規(guī)格和張力見表2。

表1 寧天城際一期工程接觸網(wǎng)懸掛類型表

表2 線材規(guī)格和張力一覽表

2 接觸網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計

結合寧天城際一期工程的線路和工程特點，分別對剛性懸掛平面布置，柔性懸掛平面布置，接觸網(wǎng)雷電防護設計方案進行優(yōu)化設計。

2.1 優(yōu)化剛性懸掛平面布置

早期剛性懸掛平面布置方案主要有2種：一種為半波方式，即一個錨段匯流排呈半個近似“正弦波”布置；一種為全波方式，即一個錨段匯流排呈整個近似“正弦波”布置（半波和全波布置方式見圖 1）。通過對半波和全波方式的建模分析可知，無論半波模式還是全波模式，相比于受電弓中部，在一個循環(huán)周期內受電弓兩側與接觸線接觸的長度要長，使得兩側的機械磨耗較中間部位要大，受電弓滑板磨耗不均勻。

圖1 半波和全波布置方式示意圖

為使受電弓滑板磨耗更加均勻，可借鑒柔性接觸網(wǎng)平面布置的方式，將一個錨段內匯流排基本成折線布置，折線間以圓弧相連，圓弧半徑不小于匯流排最小人工彎曲半徑，每個剛性懸掛的錨段3次通過線路中心線，錨段關節(jié)處的拉出值設置為150 mm，錨段內拉出值不超過250 mm。由于匯流排主要以直線形式出現(xiàn)，且與受電弓中心對稱布置，通過對剛性懸掛布置方案的優(yōu)化，在折線布置方式下接觸線在受電弓上的分布基本平均，每段滑板的機械磨耗基本相當，可以有效地改善受電弓滑板的磨耗均勻度，折線布置方式見圖2。

圖2 折線布置方式示意圖

2.2 優(yōu)化柔性懸掛平面布置

城際工程高架區(qū)間接觸網(wǎng)支柱基礎由橋梁負責預留實施，需要接觸網(wǎng)向橋梁專業(yè)提出支柱基礎受力和預埋位置等技術要求。高架區(qū)間的箱梁梁體制作通常采用現(xiàn)場澆筑的方案，需要根據(jù)高架線路的走向現(xiàn)場架設腳手架后開展現(xiàn)場澆筑，施工工序相對復雜，施工周期較長。工期緊張時，傳統(tǒng)的箱梁制作工藝很難滿足工期進度的需求，通過采用梁場整體預制箱梁再吊裝的技術可以大大縮短建設周期，提高工程施工的效率。寧天城際一期工程施工周期短、高架線路多，為此大部分高架區(qū)間的箱梁采用了高效率的整體預制再吊裝施工的方案。

高架區(qū)間柔性懸掛的平面布置一般根據(jù)懸掛類型、線路曲線、受電弓工作寬度、接觸線的風偏值、牽引變電所位置、道岔位置等因素確定?？紤]到上述因素，對于傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)平面布置方案，接觸網(wǎng)預留支柱基礎一般不會固定分布于橋梁的特定位置，箱梁梁體預制時，需要根據(jù)支柱基礎位置制作不同的模具，很難實現(xiàn)模具的統(tǒng)一化，影響工程進度并造成模具資源的浪費。

寧天城際一期工程整體預制標準簡支梁多采用30 m標準跨距，基于箱梁采用整體預制的前提，接觸網(wǎng)專業(yè)對線路平面圖、橋梁的孔跨布置圖進行了分析和研究，提出基于30 m標準跨距整體預制箱梁的優(yōu)化布置方案。在滿足平面布置要求、跨距比等技術要求的前提下，通過跨距調整實現(xiàn)預制箱梁的標準化制作，從而大大提升了整體預制箱梁技術創(chuàng)新優(yōu)勢。

（1）接觸網(wǎng)中間柱采用40 m標準跨（圖3）。直線段標準簡支梁孔跨采用30 m標準跨距，接觸網(wǎng)中間柱通過平面優(yōu)化布置將跨距設定為40 m，接觸網(wǎng)支柱基礎位置正好布置于每片簡支梁的5/6、無、1/6、1/2處，并按照該規(guī)律循環(huán)。

圖3 接觸網(wǎng)中間柱40 m跨距布置圖

（2）接觸網(wǎng)轉換柱采用30 m標準跨（圖4）。直線段標準簡支梁孔跨采用30 m標準跨距，接觸網(wǎng)轉換柱通過平面優(yōu)化布置將跨距設定為30 m，使接觸網(wǎng)支柱基礎位置正好布置于每片簡支梁的1/2處，并按照該規(guī)律循環(huán)。

2.3 優(yōu)化接觸網(wǎng)雷電防護設計

寧天城際一期工程高架和地面線路將近34 km，約占線路總長的2/3，線路周邊多為空曠的農田，夏季多雷雨，架空線路極易受到雷電的襲擊，需要對接觸網(wǎng)雷電防護方案進行優(yōu)化設計。結合該工程雷電防護的需求，區(qū)間線路采用10 kV串聯(lián)帶間隙的避雷器設計方案，外置空氣間隙的避雷器性能更加穩(wěn)定，耐老化能力較強，空氣間隙設置為60 mm，該方案較之于內置式間隙容易損壞更能有效減少避雷器的檢修維護量。接觸網(wǎng)支柱的斜腕臂和水平腕臂上均安裝了絕緣子，2個絕緣子的電氣距離較近，可視為等電位，只需在平腕臂絕緣子兩側安裝帶串聯(lián)間隙避雷器即可對兩支絕緣起到保護，安裝方案參見圖5。

圖4 接觸網(wǎng)轉換柱30 m標準跨距布置圖

圖5 串聯(lián)帶間隙的避雷器安裝方案示意圖

3 結論與建議

結合寧天城際一期工程的線路特點，對接觸網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，提出如下結論與建議：

（1）通過對剛性懸掛布置方案的優(yōu)化，在折線布置方式下，接觸線在受電弓上的分布基本平均，每段滑板的機械磨耗基本相當，可以有效地改善受電弓滑板的磨耗均勻度。

（2）通過對柔性懸掛布置方案的優(yōu)化，實現(xiàn)了整體預制模具的統(tǒng)一性，節(jié)省工程投資；通過梁場標準化預制的驗收管理，提高了接觸網(wǎng)支柱基礎預埋的質量，為后續(xù)設備安裝創(chuàng)造了良好的工作界面；預制簡支梁在城市軌道交通領域的大面積應用，為后續(xù)工程提供借鑒經(jīng)驗。

（3）通過對接觸網(wǎng)雷電防護設計方案的優(yōu)化，地面和高架區(qū)間線路采用 10 kV串聯(lián)帶間隙的避雷器可以有效地防止絕緣子雷擊損壞、降低變電所跳閘率，使用效果較為理想。

[1] GB 50157-2013 地鐵設計規(guī)范[S].

[2] GB/T 10411-2005 城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)[S].

[3] GB 50490-2009 城市軌道交通技術規(guī)范[S].

[4] 沈海濱，陳維江，王立天，等. 城市軌道交通接觸網(wǎng)帶間隙避雷器的應用[J].電氣化鐵道，2010，（5）：42-45.

With reference of characteristics of Ningtian inter-city project, illustrates the optimized design scheme of OCS, puts forward optimized schemes for rigid and flexible suspension layouts, optimized design scheme for OCS lightning protection, and proposes suggestions on optimized design of OCS from different perspectives.

OCS; rigid suspension; flexible suspension; lightning arrester

U225.2

：B

：1007-936X(2015)03-0021-03

2015-04-03

梁 勇.中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，高級工程師，電話：18551625136。