大風地區(qū)鐵路電力線路防風技術(shù)研究

趙海波

【摘 要】鐵路電力線路運行受環(huán)境因素影響較大，在大風地區(qū)需要重點加強防風技術(shù)研究。文章首先對鐵路電路線路受風力的影響進行分析，介紹幾種防風設(shè)計的基本措施。在此基礎(chǔ)上，對鐵路電力線路防風技術(shù)強化對策進行研究，以期促進鐵路電力線路防風水平的提高。

【關(guān)鍵詞】大風地區(qū);鐵路電力線路;防風技術(shù)

中圖分類號： TM75 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0187-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.090

0 前言

鐵路電力線路對鐵路運輸安全有直接影響，由于線路在戶外架設(shè)，容易受自然環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)故障問題。其中，大風地區(qū)經(jīng)常由于大風災(zāi)害，導致鐵路電力線路跳閘，影響鐵路電力設(shè)備的正常使用。嚴重時還會出現(xiàn)斷線和導桿的情況，導致列車被迫停運，同時也容易引發(fā)安全事故。因此，必須提高對鐵路電力線路防風技術(shù)研究的重視。

1 鐵路電力線路受風力影響分析

目前鐵路電力線路多數(shù)采用架空線路敷設(shè)方式，在大風地區(qū)，風力對架空線路的水平傾覆力較大，具體可采用公式P=aDMW0sin2θ進行計算。其中，P為水平方向風壓，a為風速的不均勻系數(shù)，D為空氣動力系數(shù)，W0為理論風壓，M為受風投影面積，θ為架空線路與風向夾角。理論風壓W0可采用公式W0=（ρ/2）v2進行計算，其中ρ為空氣密度，v為風速。在計算過程中，空氣密度ρ取值為1.2255kg/m3，風速不均勻系數(shù)a的取值范圍如表1所示。從上述計算公式中可以看出，當風速越大時，鐵路電力線路水平傾覆力也越大，因此容易發(fā)生線路故障及斷線問題。

從以往大風地區(qū)鐵路電力線路的運行情況來看，在風力達到6級以上時，發(fā)生電力線路跳閘、斷線的情況較多。線路單次停電事故累計時長高達十幾個小時，對鐵路運輸系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生了嚴重影響。這能夠在一定程度上說明，目前鐵路電力線路自身的抗風設(shè)計水平還有待提高，必須提高對鐵路電力線路防風技術(shù)研究的重視，從而提升大風地區(qū)鐵路電力線路自身的抗風能力。

2 鐵路電力線路防風設(shè)計基本措施

針對大風地區(qū)電路電力線路可能受到的風力災(zāi)害影響，鐵路部門在相關(guān)建設(shè)工程中，已經(jīng)對線路抗風設(shè)計給予了高度重視，并積累了許多設(shè)計經(jīng)驗。目前鐵路電力線路的防風設(shè)計措施具體包括：

（1）對絕緣子進行加固，避免在大風天氣下，絕緣子或?qū)Ь€出現(xiàn)上翻的情況。從以往的鐵路運維經(jīng)驗來看，如果風力等級較大、鐵路電力線路的懸式絕緣子固定不牢固，容易在風力影響下上翻，呈水平狀態(tài)，進而導致導線和鐵橫擔容易發(fā)生碰撞。在此情況下，會增加開關(guān)跳閘的事故發(fā)生幾率。因此，需要采取絕緣子加固措施，防止導線上翻，降低大風天氣下的線路跳閘事故幾率。

（2）選擇使用耐張桿，避免絕緣子的瓶頸發(fā)生斷裂，或?qū)Ь€被刮斷。比如在某鐵路電力線路中，原采用鋼芯鋁絞線和針式絕緣子固定方式，但在大風天氣下，絕緣子瓶頸多次發(fā)生斷裂，進而導致導線發(fā)生斷線事故。該線路通過將直線桿改變?yōu)槟蛷垪U，使絕緣子瓶頸斷裂現(xiàn)象大大減少，從而降低了電力線路斷線故障幾率。

（3）設(shè)計并使用電力遠動系統(tǒng)，對鐵路電力線路的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。通過依靠先進技術(shù)手段的力量，及時發(fā)現(xiàn)大風天氣時電力線路的故障問題，并利用電力遠動系統(tǒng)實現(xiàn)快速定位和診斷，從而為故障檢修爭取時間。在此情況下，能夠?qū)㈩A(yù)防措施和檢修措施相互結(jié)合，提高鐵路電力線路的抗風能力。在鐵路信息化建設(shè)的快速發(fā)展下，目前越來越多的電力線路被納入到電力遠動系統(tǒng)中，使電力線路故障排查效率得到大幅度提升。

3 鐵路電力線路防風技術(shù)強化對策

3.1 優(yōu)先采用防風材料

為了進一步提高鐵路電力線路的抗風能力，在電力線路設(shè)計過程中，應(yīng)通過優(yōu)先采用防風材料，提高其自身的抗風水平。目前許多鐵路已經(jīng)開始采用抗風能力較強的加強型材料，包括加強型導線、絕緣子、桿塔和金具等。比如通過采用鋼芯鋁絞線，合理選擇導線參數(shù)，能夠有效提升線路抗風能力。鋼芯鋁絞線的拉斷力計算公式為F=M1δ1+M2δ2。其中，F(xiàn)為拉斷力，M1和M2分別為鋼芯和鋁芯的截面積，δ1為鋼線延伸量1%的應(yīng)力值，δ2為95%鋁絞線應(yīng)力值。相比于普通的電力導線，在同等載流量情況下，鋼芯鋁絞線可以通過增加鋼芯截面積，提高其拉斷力，從而提升導線抗風能力。在加強型桿塔的設(shè)計方面，需要確保電線桿和鐵塔能夠適應(yīng)實際風力條件。目前在鐵路電力線路中應(yīng)用的加強型電線桿，主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土工藝制造，可提高主筋標準強度，配合使用高強度混凝土，提升其自身抗風能力，在大風和寒冷地區(qū)使用較多。加強型鐵塔則是基于風荷載的計算結(jié)果，對鋼結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，能夠抵抗風速40m/s條件下的傾覆力，自身強度水平較高。此外，還可以通過采用加強型絕緣子材料，提高絕緣子的機械強度和防震性能。目前使用較多的加強型絕緣子采用硅橡膠復合材料制作，具體包括高強度玻璃纖維、硅橡膠、金屬端頭等。經(jīng)過壓接和硫化工藝成型，不僅自身強度高，而且具有較好的抗蠕變性和抗疲勞斷裂能力，可以適用于大風地區(qū)的鐵路線路工況。加強型絕緣子如圖1所示。

3.2 合理設(shè)計線路結(jié)構(gòu)

在大風地區(qū)的鐵路電力線路結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可以通過適當增大導線的間距，減小電力線路的檔距，提高其自身抗風能力。在以往的鐵路電力線路設(shè)計過程中，由于線路檔距過大，會增加導線弧垂，導致線路結(jié)構(gòu)較為松弛，容易在大風中發(fā)生碰撞，因此容易發(fā)生跳閘和短路故障。通過同時增大導線間距、減小電力線路檔距，能夠有效解決這一問題。在鐵路電力線路的桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，可以通過增加埋設(shè)深度和卡盤數(shù)量，增加桿塔的允許傾覆彎矩，從而降低風力影響。此外，也可以通過提高桿塔基礎(chǔ)強度來提升其抗風能力，避免桿塔在大風中發(fā)生傾覆。在架空線路設(shè)計過程中，可以通過采用防風拉線，提高桿塔的允許傾覆彎矩。在此基礎(chǔ)上，采取絕緣子加固措施，防止導線與鐵橫擔發(fā)生碰撞。總體而言，在大風地區(qū)的鐵路電力線路設(shè)計過程中，必須對線路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，充分考慮線路結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)可能對線路抗風能力產(chǎn)生的影響，通過采取合適的結(jié)構(gòu)形式，提高電力線路的自身抗風能力。目前上述結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施已經(jīng)在實際鐵路電力線路中得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。

3.3 綜合運用加固措施

鐵路電力線路防風設(shè)計需要通過綜合采用加固措施，改善電力線路的薄弱環(huán)節(jié)，從而降低在大風天氣時發(fā)生線路故障的幾率。比如在架空線路設(shè)計過程中，可以通過增設(shè)橫擔，起到對懸式絕緣子的加固作用，防止因風力侵襲，導致懸式絕緣子出現(xiàn)上翻的情況。針對以往采用直線桿的情況，可采取更換桿型和絕緣子加固的雙重措施，具體可采用針式絕緣子、柱式絕緣子進行固定，降低絕緣子瓶頸斷裂幾率，從而提升電力線路的抗風能力。另外，在風災(zāi)嚴重地區(qū)，還需要對架空線路設(shè)計進行充分論證。目前架空線路設(shè)計主要按照最大風速30m/s或最大風速25m/s兩個等級進行設(shè)計，如果實際風災(zāi)超過這一等級，架空線則會失去安全儲備能力，在大風中容易出現(xiàn)斷線和倒桿等問題。因此，在風災(zāi)嚴重地區(qū)，可以通過采用電纜敷設(shè)方式增加鐵路電力線路的安全儲備值。但是相應(yīng)的，采用電纜敷設(shè)方式的工程造價也會顯著提升，因此需要通過具體的計算加以論證。在可以選擇架空線的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用上述加固措施，提高其抗風能力，使線路能夠滿足實際使用需求。

3.4 不斷優(yōu)化運維管理

最后，在努力提升鐵路電力線路自身抗風能力的同時，也需要不斷加強鐵路電力線路運維管理工作，提前部署防風預(yù)案，提高電力線路運行的安全性。在此方面，鐵路運維部門需要與氣象部門加深合作，及時獲取氣象預(yù)測資料，在大風天氣來臨前，安排好搶險人員及搶險物資。平時應(yīng)制定緊急搶險預(yù)案，一旦在大風天氣中發(fā)生嚴重的線路故障問題，要立即啟動搶險預(yù)案，控制故障范圍，降低故障損失，并努力縮短故障檢修時間。在此方面，應(yīng)重點發(fā)揮信息化技術(shù)手段的優(yōu)勢，為故障定位、排查提供技術(shù)支持。同時應(yīng)在統(tǒng)一的調(diào)度管理下，及時投入人力、物理開展搶修工作，盡可能縮短停電檢修時間。運維人員應(yīng)熟練使用各種信息化技術(shù)軟件，并對責任進行清晰劃分，提高故障檢修效率。在此情況下，可以為鐵路運行安全提供保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，在大風地區(qū)的鐵路電力線路設(shè)計過程中，必須充分考慮線路自身的抗風設(shè)計要求，對線路結(jié)構(gòu)、材料選用、加固技術(shù)等進行優(yōu)化，使鐵路電力線路具有較強的大風災(zāi)害抵御能力。在此基礎(chǔ)上，通過在平時加強運維管理，提前做好防護措施，可以為電路電力線路的運行安全性提供保障，從而降低事故發(fā)生幾率。

【參考文獻】

[1]張俊.基于北斗高精度定位技術(shù)的鐵路電力線路定測系統(tǒng)研究[J].電氣化鐵道，2019，30（03）：9-11.

[2]侯強民.鐵路10kV高壓電力線路的安裝及維護[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（06）：123-125.

[3]馬文義.大風地區(qū)鐵路電力線路防風技術(shù)研究[J].水電能源科學，2018，26（06）：162-164.