高速鐵路接觸網(wǎng)附加導線轉(zhuǎn)換方案研究

陳忠革，古曉東

(1.沈陽鐵路局供電處，沈陽 110001；2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

高速鐵路接觸網(wǎng)附加導線轉(zhuǎn)換方案研究

陳忠革1，古曉東2

(1.沈陽鐵路局供電處，沈陽 110001；2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

接觸網(wǎng)附加導線雖不與受電弓直接發(fā)生接觸，但其狀態(tài)與行車安全密切相關。在我國高速鐵路建設初期，附加導線在轉(zhuǎn)換處設計考慮不夠全面，產(chǎn)生了不少問題。結(jié)合目前高速鐵路的常規(guī)隧道斷面和車站布置方案，研究適用于不同線路條件下的附加導線轉(zhuǎn)換方案，保證附加導線和接觸懸掛、附加導線和建筑物之間的絕緣距離，加強接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠性，同時滿足技術經(jīng)濟性和景觀性要求。研究結(jié)論：結(jié)合標準規(guī)范和工程實際，對附加導線轉(zhuǎn)換處的設計方案進行方案比選，從絕緣距離、安裝施工難度、建設成本、景觀性等諸多方面對設計方案進行剖析，最后根據(jù)比選結(jié)果給出不同情況下的推薦方案。

高速鐵路；接觸網(wǎng)； 接觸懸掛； 附加導線； 隧道

1 概述

高速鐵路供電系統(tǒng)一般采用AT供電方式，附加導線主要包括正饋線(AF線)、保護線(PW線)等[1]。附加導線雖不與受電弓直接發(fā)生接觸，但其狀態(tài)與行車安全密切相關。區(qū)間隧道外附加導線一般在田野側(cè)懸掛，進入隧道內(nèi)需懸掛在隧道壁頂端。當采用線間立柱方案且車站外側(cè)股道田野側(cè)無接觸網(wǎng)支柱時，接觸網(wǎng)附加導線需在車站咽喉區(qū)域過渡，從田野側(cè)轉(zhuǎn)向線路側(cè)安裝，在上述位置需進行附加導線轉(zhuǎn)換。

在高速鐵路建設初期，對附加導線的設計重視不足，在上述轉(zhuǎn)換處出過不少問題。經(jīng)了解前期開通運營的武廣、鄭西、溫福、甬臺溫、福廈等客運專線都出現(xiàn)過類似隧道口絕緣距離不夠?qū)е伦冸娝l事故。接觸網(wǎng)是一個系統(tǒng)工程，任一薄弱點都有可能造成事故的發(fā)生，因此有必要認真研究附加導線轉(zhuǎn)換的設計方案。

2 隧道口附加導線轉(zhuǎn)換方案研究

2.1 關鍵因素

隧道口常常涉及附加導線的下錨、跨越和換邊，在轉(zhuǎn)換過程中必須從平面布置和安裝圖兩方面結(jié)合考慮進行設計[2]，保證附加導線和接觸懸掛、附加導線和建筑物之間的絕緣距離。絕緣距離是影響供電安全和可靠性的重要因素，在隧道斷面較小的線路上如何保證足夠的絕緣距離是設計難點，主要問題表現(xiàn)為隧道內(nèi)保護線與下錨支的絕緣距離不足、隧道口正饋線距隧道壁絕緣距離不足、正饋線距承力索絕緣距離不足、正饋線跨越下錨支絕緣距離不足等，所有這些都嚴重影響了運營可靠性[3]。

在隧道外開放段附加導線安裝在田野側(cè)，隧道內(nèi)附加導線懸掛在線間。在隧道口段，附加導線由外向內(nèi)過渡轉(zhuǎn)換，并跨越接觸懸掛。

隧道出入口附近的附加導線安裝應充分考慮隧道口處特殊的結(jié)構(gòu)形式、凈空高度、溫度變化[4]、大風[5]、覆冰和空氣動力學的影響，短隧道時空氣動力作用尤為明顯[6]，應采取必要措施確保附加導線與隧道壁、承力索等的安全空間。

2.2 方案比選

受隧道凈空限制，隧道內(nèi)正饋線必須設置在隧道拱頂，即上、下行線路之間，隧道外設置在線路的田野側(cè)，這樣在隧道出入口附近要進行一次正饋線和承力索的跨越，交叉方式一類是直接跨越，另一類是跳線方式跨越。

2.2.1 小橫梁直接跨越(方案1)

利用隧道外第一組支柱設置輕型橫梁(圖1)，在橫梁上設置柱式合成絕緣子(圖2)，通過隧道外順線路方向2組支柱實現(xiàn)正饋線跨越，然后正饋線直接順接入隧道，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。

圖1 隧道口附加導線轉(zhuǎn)換(小橫梁直接跨越)

圖2 槽鋼小橫梁直接跨越方案安裝示意

此方案的優(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，隧道口處相鄰懸掛點的間距選擇較為靈活。缺點是結(jié)構(gòu)稍復雜，成本稍高。

2.2.2 直接跨越(方案2)

AF線在隧外逐漸由田野側(cè)轉(zhuǎn)到線路側(cè)，但是仍在線路外，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。如圖3、圖4所示。

圖3 隧道口附加導線轉(zhuǎn)換(直接跨越)

圖4 直接跨越方案隧道口支柱AF線安裝示意

此方案的優(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，對隧道口處相鄰懸掛點的間距有一定要求。

2.2.3 跳線方式跨越(方案3)(圖5)

在隧道二次襯砌的側(cè)壁上設兩個錨臂將正饋線斷開，在洞門二次襯砌上設柱式合成絕緣子固定跳線，使正饋線在電氣上貫通。

圖5 隧道口附加導線轉(zhuǎn)換(跳線方式跨越)

PW線也通過兩個錨臂在機械上斷開，此方案隧道外無交叉。

此方案的優(yōu)點是能很好控制AF線和接觸懸掛的絕緣距離。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，成本高。

綜合分析，對隧道口附加導線的下錨及轉(zhuǎn)換有如下建議：

(1)隧道口處應充分考慮接觸懸掛下錨支與附加導線跨越接觸懸掛時的交叉影響，隧道口外100 m范圍內(nèi)不宜設置接觸懸掛下錨支；

(2)隧道內(nèi)距洞口2 m范圍宜設置保護線對向下錨，保護線的下錨轉(zhuǎn)換方式宜根據(jù)隧道斷面、凈空以及區(qū)間接觸網(wǎng)平面布置情況等綜合考慮；

(3)隧道洞口外第一支柱距隧道缺口里程的距離宜取30～35 m，正饋線轉(zhuǎn)角大于6°時，懸掛宜采用雙絕緣子“V形”結(jié)構(gòu)或柱式絕緣子；

(4)AT供電方式下，相鄰兩隧道出入口間距不大于200 m時宜按采用橫梁懸掛安裝附加導線方式，盡量避免附加導線多次跨越接觸懸掛；

(5)正饋線與承力索交叉處兩線索均應加裝絕緣護套，護套長度按交叉點左右各5 m設計；

(6)隧道內(nèi)及洞口處不同相位帶電體間以及帶電體對地的絕緣間隙應考慮溫度變化、風速(包括隧道內(nèi)活塞風)[7]、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。

因此，結(jié)合目前高速鐵路隧道斷面[8]，方案1、2已能滿足要求，方案3由于結(jié)構(gòu)復雜，成本高不建議采用。當隧道斷面尺寸較小或隧道口處支柱位置調(diào)整范圍受限時，建議采用方案1；當隧道斷面尺寸較大且隧道口處支柱位置調(diào)整范圍較為自由時，建議采用方案2。

3 車站咽喉區(qū)附加導線轉(zhuǎn)換方案研究

3.1 關鍵因素

車站咽喉區(qū)附加導線轉(zhuǎn)換設計要點與隧道口類似，除了保證絕緣距離之外，對景觀性也應更為注意。咽喉區(qū)接觸網(wǎng)支柱較為密集，附加導線的轉(zhuǎn)換設計應結(jié)合咽喉區(qū)的支柱布置進行，力求在保證安全可靠的情況下，簡潔美觀[9]。

3.2 方案比選

一般情況下，站場咽喉區(qū)會設置一組或幾組硬橫跨，附加導線由區(qū)間轉(zhuǎn)換過程中，可采用附加導線終端下錨并跨越電氣化股道方式，或采用“附加導線田野側(cè)抬高安裝—附加導線柱頂安裝—附加導線跨越接觸懸掛—附加導線硬橫梁頂部安裝—附加導線線路側(cè)或線間支柱頂安裝”實現(xiàn)硬橫梁上直接跨越轉(zhuǎn)換[10]。附加導線終端下錨并跨越電氣化股道方式如圖6所示，橫梁頂部安裝框架如圖7所示，硬橫梁上直接跨越轉(zhuǎn)換的典型平面布置如圖8所示。

圖6 附加導線終端下錨并跨越電氣化股道方式

圖7 硬橫梁頂部附加導線安裝方式

圖8 車站咽喉區(qū)典型附加導線轉(zhuǎn)換平面示意

兩種轉(zhuǎn)換方案相比較，附加導線終端下錨并跨越電氣化股道方式采用的均為常規(guī)的裝配方案，易于實施。但從景觀設計角度出發(fā)，考慮與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，由于附加導線跨越電化股道時支柱較高，影響車站美觀[11]；硬橫梁上直接跨越方式不需下錨，通過附加導線懸掛高度調(diào)整實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，較為美觀，但硬橫梁上附加導線懸掛用框架需特殊設計，附加導線轉(zhuǎn)換區(qū)域懸掛高度需精確計算。

綜上，對于客運專線，為使車站的接觸網(wǎng)懸掛更加美觀，建議采用硬橫梁上直接跨越方式實現(xiàn)附加導線的轉(zhuǎn)換，該方案在接觸網(wǎng)施工圖設計階段納入設計資料，指導設計，實現(xiàn)車站咽喉區(qū)附加導線的下錨和轉(zhuǎn)換的標準化、規(guī)范化[12]，根據(jù)不同項目的需要確定安裝高度及尺寸以實現(xiàn)精細化設計。

4 結(jié)論

通過隧道口附加導線轉(zhuǎn)換、車站咽喉區(qū)附加導線轉(zhuǎn)換的方案比選，得出在不同線路條件具有安全可靠性高、施工難度小、景觀性好等優(yōu)點，有效地保證了行車安全，值得其他項目借鑒和推廣。

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Approach to the Conversion of OCS Additive Wire on High-speed Railway

CHEN Zhong-ge1， GU Xiao-dong2

(1.Department for Power Supply， Shenyang Railway Administration Bureau， Shenyang 110001， China; 2.The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300251， China)

Research purposes and methods: Although the additive wire of OCS doesn’t contact with pantograph directly， its performances are closely related to traffic safety. In the early construction of high-speed railway in China， the design of the additive wire at converting point didn’t take into account all related issues and resulted in many problems. The paper， with reference to the design of additive wire conversion on different high speed lines with conventional tunnel profile and station layout， looks for the design suitable for lines with different conditions to guarantee the insulation distances between the additive wire and catenary， between the additive wire and buildings and to meet the requirements for economy and landscape at the same time. Research conclusions: with reference to standards， specifications and engineering practices， the paper conducts comparison of conversion designs of additive wire， and analysis of the design in many respects， such as the insulation distances， the difficulties in installation and construction， capital costs and landscape. Finally， depending on the comparison results， the paper offers recommended plans for different circumstances and provides

for future design and construction．

High-speed railway OCS; Catenary; Additive wire; Tunnel

2014-10-31；

2014-12-13

陳忠革(1968—)，男，高級工程師，1991年畢業(yè)于西南交通大學，工學學士。

1004-2954(2015)07-0143-04

U238; U225

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.032