高速鐵路接觸網(wǎng)PW線技術(shù)方案優(yōu)化研究

章來勝

(中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司 供電處， 上海 200071)

AT供電方式(Auto Transformer Supply System of Electric Traction)具有提高供電質(zhì)量和減少對(duì)通信干擾的功能，我國的高速鐵路電力牽引大多采用了AT供電方式。AT供電方式較直供電方式，接觸網(wǎng)附加懸掛增多，布置較為復(fù)雜。支柱線路側(cè)安裝接觸懸掛，田野側(cè)安裝AF線(Auto Transformer Feeder)和PW線(Protective Wire)，支柱頂端安裝避雷線，是較為普遍性的安裝布置方式。站場(chǎng)咽喉、隧道出入口、變電所上網(wǎng)等處所難免出現(xiàn)PW線上跨接觸網(wǎng)的情況。上跨接觸網(wǎng)的PW線給接觸網(wǎng)運(yùn)行安全帶來隱患，研究優(yōu)化PW線技術(shù)方案，采取針對(duì)性的整治措施，對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行安全具有重要意義。

1 PW線功能

PW線是沿著接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)安裝的鋼芯鋁絞線，其作用是當(dāng)接觸網(wǎng)或AF線絕緣子發(fā)生閃絡(luò)接地時(shí)，可與PW線形成金屬性短路，便于斷電保護(hù)動(dòng)作，PW線又稱保護(hù)線。同時(shí)，吸上線連接扼流變壓器中性點(diǎn)和PW線，PW線回流回路與軌回流、綜合貫通地線回流回路共同構(gòu)成牽引回流回路。

2 牽引回流分析

牽引回流路徑的構(gòu)成是電力供電與牽引供電的重大區(qū)別。隨大地導(dǎo)電率變化及隧道橋梁等設(shè)施的存在，電氣化鐵路牽引回流在不同區(qū)段具有不同的分布形式和分配比例。根據(jù)上海局管轄內(nèi)高速鐵路接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，PW線回流、綜合貫通地線回流、軌回流的分配比列一般在5∶3∶2左右，PW線回流占比較高。事故案例和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)PW線為非絕緣安裝且承擔(dān)較大牽引回流比例時(shí)，可能產(chǎn)生的危害，應(yīng)引起業(yè)內(nèi)的高度重視，為適應(yīng)高鐵、重載負(fù)荷的需求，從設(shè)計(jì)規(guī)范及元件制造需盡快采取技術(shù)措施。

3 PW線安裝方式

PW線均用LB1A-125-26/7規(guī)格的鋁包鋼絞線，采取隧道內(nèi)沿著隧道壁、隧道外沿著鋼支柱田野側(cè)非絕緣架空型式安裝，如圖1、圖2所示。固定零部件使用PW線線夾(或稱支座)，如圖3所示。

圖1 隧道外H型鋼柱保護(hù)線田野側(cè)安裝示意圖

圖2 隧道內(nèi)附加導(dǎo)線安裝示意圖

圖3 PW線線夾

圖4 車站咽喉處PW線上跨接觸網(wǎng)

站場(chǎng)咽喉、隧道出入口、變電所上網(wǎng)等處所，為保證與雨棚建、隧道壁等建筑安全距離，PW線大多采取跨越接觸網(wǎng)后線路側(cè)安裝，如圖4～圖6所示。

圖5 車站咽喉處PW線上跨接觸網(wǎng)

圖6 隧道出入口處PW線上跨接觸網(wǎng)

4 PW線故障案例分析

高鐵接觸網(wǎng)PW線故障影響高鐵運(yùn)輸秩序，危及供電安全。

(1)2015年某月，京廣高鐵某站164#支柱處，接觸網(wǎng)PW線斷線后搭接在2道與4道間的股道電連接上，中斷供電107 min，大量列車晚點(diǎn)。

斷線位置為164#支柱PW線固定點(diǎn)處，斷口呈圓錐形，有明顯燒傷痕跡，PW線底座固定線夾燒融。該站164#、162#、156#、152#的4根H型鋼柱上的PW線采用懸垂線夾與支柱非絕緣設(shè)置，而站場(chǎng)內(nèi)148#往北方向的PW線與支柱采用絕緣設(shè)置，164#往南方向169#、172#支柱的PW線與支柱也采用絕緣設(shè)置，形成特殊的"絕緣-非絕緣-絕緣"結(jié)構(gòu)形式。檢查發(fā)現(xiàn)該站163#支柱的PW線與線夾也有燒融痕跡。 后續(xù)排查發(fā)現(xiàn)47處連接方式存在問題，部分處所已存在線索燒傷情況。164#接觸網(wǎng)支柱底部連有PW線回所電纜，且距離所亭最近，分擔(dān)大部分回流(查閱2015-9-23 11:27的電流記錄，通過164#PW線回流電流達(dá)970 A，通過148#的軌回流為449 A)，導(dǎo)致PW線在安裝支座內(nèi)發(fā)熱融斷。

圖7 斷脫的PW線

圖8 燒損的線夾

(2)2016年4月某日，京廣高鐵某下行971#支柱，因回流不暢，PW線燒斷后垂落搭接在T線避雷器引線上，中斷供電154 min，影響動(dòng)車組40列。

PW線斷落處支柱位于隧道口第一根支柱，PW線為支柱頂部橫擔(dān)線路內(nèi)側(cè)安裝，PW線通過安裝支座、支柱構(gòu)成回流通道，造成安裝支座處發(fā)熱和電腐蝕，在拉力作用下發(fā)生斷脫。

(3)2018年4月某日，杭深高鐵某處，引入磚仔埕AT所的上跨PW線，因三角聯(lián)板參與導(dǎo)流熔穿，上跨PW線脫落，短接上、下行接觸網(wǎng)設(shè)備，造成上行承力索放電燒損，下行承力索燒傷斷線，燒斷的承力索與通過的某次動(dòng)車組列車發(fā)生弓網(wǎng)故障，接觸網(wǎng)設(shè)備大面積損壞，中斷供電170 min。

接觸網(wǎng)上下行PW線引接回AT所設(shè)計(jì)采用上跨接觸網(wǎng)形式，施工單位通過G1#～G3#鋼柱架設(shè)架空上跨上下行接觸網(wǎng)的雙根導(dǎo)線，雙根導(dǎo)線通過兩邊懸掛的耐張線夾心形環(huán)、三角掛板與鋼柱連接。施工單位將上跨的兩根導(dǎo)線分別與上行、下行的架空PW線相連，造成在上行有車或下行有車時(shí)，在兩根導(dǎo)線間通過三角掛板形成分流，因長期過流，導(dǎo)致三角掛板在鉸接最薄弱的螺栓孔處燒損、拉脫，PW線掉落在接觸網(wǎng)上燒斷承力索。

圖9 故障現(xiàn)場(chǎng)

圖10 供電回路示意圖

(4)2018年8月廣州局南廣高鐵19#至21#支柱處，因接觸網(wǎng)PW線安裝位置及連接方式不合理，造成PW線固定鞍子電腐蝕嚴(yán)重，PW線搭接在分相中性區(qū)承力索上，造成二趟動(dòng)車組通過時(shí)，多條供電臂跳閘，列車受電弓燒損、自動(dòng)降弓 。

圖11 21#支柱側(cè)鞍子處燒斷的PW線

故障處所位于南廣高鐵某段下行線19#至21#支柱間，該處為六跨分相的無電區(qū)。佛山西變電所供電線電纜專用鋼結(jié)構(gòu)橋在距21#支柱1 m處呈30°跨越接觸網(wǎng)。19#、21#支柱處PW線通過肩架設(shè)置在支柱頂端，位于支柱靠線路側(cè)，距離支柱內(nèi)緣120 cm。因距21#支柱1 m處設(shè)計(jì)有鋼結(jié)構(gòu)橋的橋墩，且位于支柱與鋼軌之間，造成19#、21#支柱間PW線在此處形成轉(zhuǎn)角不能直線連接。施工單位將PW線在鋼結(jié)構(gòu)橋兩側(cè)通過懸掛在鋼結(jié)構(gòu)橋上的鞍子連接固定。固定在鋼結(jié)構(gòu)橋兩側(cè)的PW線由鞍子通過一根直徑16 mm螺桿兩端直徑為24 mm螺帽與抱箍連接，再通過抱箍固定在鋼結(jié)構(gòu)橋的鋼梁上。由于PW線固定位置和連接方式問題，回流路徑發(fā)生改變，造成PW線固定設(shè)備燒損，鋼結(jié)構(gòu)橋上PW線鞍子從螺帽中脫出，PW線下垂搭接在接觸網(wǎng)中性區(qū)承力索上。

圖12 PW線與承力索搭接燒傷

5 技術(shù)方案優(yōu)化

高速鐵路接觸網(wǎng)支柱多采用H型鋼支柱，路基段鋼支柱通過基礎(chǔ)中的接地鋼筋接地，橋梁段鋼支柱通過橋墩的接地鋼筋接地，鋼支柱同時(shí)與綜合貫通地線連接，吸上線連接了PW線和連接扼流變壓器中性點(diǎn)。絕緣子閃絡(luò)電流通過PW線線夾，PW線牽引回流經(jīng)過PW線線夾從支柱入地(和貫通地線)電流分流回路，PW線線夾成為既承載PW線重力荷載，同時(shí)是電氣回路連接點(diǎn)的關(guān)鍵零部件。PW線夾必須具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度和電氣當(dāng)量。高鐵運(yùn)營以來，多次發(fā)生接觸網(wǎng)PW線燒斷后引發(fā)接觸網(wǎng)斷線事故，影響高鐵列車和供電安全。PW線故障原因多為保護(hù)回路連接點(diǎn)處的PW線線夾電氣當(dāng)量不足，連接零部件發(fā)熱、燒損，PW線燒斷。當(dāng)PW線不上跨接觸網(wǎng)、斷裂后不侵入列車限界時(shí)，并不影響高鐵列車運(yùn)行和供電安全；當(dāng)PW線上跨接觸網(wǎng)，斷裂的PW線跌落到接觸網(wǎng)上，極易燒斷接觸網(wǎng)，造成高鐵供電中斷，危及高鐵列車安全。根據(jù)PW線架空方式和連接布置，優(yōu)化PW線安裝形式。

方案1：補(bǔ)強(qiáng)PW線連接點(diǎn)。PW線與鋼支柱、門型框架等支撐處采用非絕緣安裝時(shí)，使用同材質(zhì)的短接線短接PW線線夾，使短接線承載回路電流，線夾承載機(jī)械荷載。

方案2：PW線絕緣安裝。PW線上跨接觸網(wǎng)處的支撐形式采用絕緣安裝方式，同時(shí)使用同材質(zhì)的短接線連接PW線和支撐構(gòu)筑物，使短接線承載絕緣子閃絡(luò)電流。

方案3：PW線架空改電纜。已開通運(yùn)營高速鐵路，PW線上跨接觸網(wǎng)處，將架空架設(shè)型式的PW線改為電纜從軌道板間隙中敷設(shè)型式，避免PW線故障時(shí)引起接觸網(wǎng)斷線，擴(kuò)大故障影響范圍和程度的安全隱患。新建高速鐵路，全線PW線采用電纜，在電纜溝槽中敷設(shè)的型式，PW電纜線與支柱基礎(chǔ)連接，既保持PW線作為保護(hù)線的功能，又避免與支持構(gòu)筑物的機(jī)械連接和上跨接觸網(wǎng)的問題。

6 結(jié)束語

PW線斷線故障，尤其是上跨接觸網(wǎng)PW線故障危及高鐵列車安全，是接觸網(wǎng)安全管理重點(diǎn)防范的安全風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)防控要抓早提前，在設(shè)計(jì)階段，不僅要考慮接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能的可行性，也要注重電氣回路，尤其是上跨接觸網(wǎng)的PW線等低壓線路對(duì)運(yùn)營安全的影響，采取可靠的技術(shù)方案，強(qiáng)化牽引回流回路，避免PW線等低壓線路上跨接觸網(wǎng)，防止接觸網(wǎng)斷線事故。在運(yùn)營維護(hù)階段，不僅要按規(guī)定檢查PW線，尤其是發(fā)生絕緣子閃絡(luò)后，要對(duì)PW線線夾開蓋檢查，判別線索是否燒傷，更要制定防止PW線線夾燒傷方案，組織整治，疏通牽引回流回路，從根本上解決PW線斷線的安全隱患，確保接觸網(wǎng)安全運(yùn)行。