城市軌道交通交流供電制式接觸網(wǎng)附加導線懸掛方案研究

高曙光，劉 銳

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著城市軌道交通建設進度近年的爆發(fā)式增長，軌道交通線網(wǎng)逐漸由中心城區(qū)向周邊城鎮(zhèn)組團延伸，新建線路的運行速度普遍有了較大的提升，時速120km/h 屢見不鮮，時速140～160km/h也在大范圍推廣，例如北京大興國際機場線（已建成），廣州地鐵18 號線、22 號線（均在建），成都軌道交通的13、17、18、19 號線（均在建）等，考慮經(jīng)濟性等綜合因素，這些線路的牽引供電系統(tǒng)均采用了交流供電制式。

交流供電制式接觸網(wǎng)常規(guī)附加導線有加強線和回流線。

其中加強型與國鐵加強線類似，國鐵加強線作用主要為減少線路阻抗和線路耗能提高線路末端電壓，僅在首末兩端通過隔離開關(guān)與接觸網(wǎng)并聯(lián)。城市軌道交通由于供電臂上列車較多，牽引網(wǎng)負載大，而城市軌道交通中加強線不僅具備提升網(wǎng)壓功能，更兼做載流作用，需不大于兩車間隔（約500m）與接觸網(wǎng)設置橫向電連接；回流線在地下段一般兼具接地和牽引網(wǎng)回流作用，采用非絕緣安裝。在地面段，設置有架空地線時，回流線僅具備牽引網(wǎng)回流作用，采用絕緣安裝；在地面段，不設置架空地線時，回流線則兼做地線，采用非絕緣安裝。

因地鐵凈空、用地紅線等限制，原國鐵上采用的附加導線安裝方式不能照搬到城市軌道交通，需要進一步優(yōu)化。

附加導線懸掛方式受線路曲線半徑、導線張力等因素的影響。

文獻[1-2]中給出了導線曲線上的曲線力及風荷載計算公式，本文結(jié)合該計算方法，計算附件導線懸式安裝時的極限力學狀態(tài)，以解決附加導線懸式安裝的適用范圍問題。

1 附加導線懸掛方式簡介

附加導線安裝主要分為懸式安裝和支撐式安裝兩大類，懸式安裝有利于緩解導線疲勞及連接零部件磨損。支撐式安裝有利于附加導線的穩(wěn)態(tài)保持，如圖1～圖4 所示。

圖1 加強線懸式安裝方式

圖2 回流線懸式安裝方式

圖3 加強線支撐式安裝方式

圖4 回流線支撐式安裝方式

2 附加導線懸式安裝時狀態(tài)

直線上時，附加導線主要受風荷載影響，左右偏移幅度較小。

曲線上時，由于有曲線力及風荷載等水平力，造成附加導線懸式安裝時，懸掛點狀態(tài)存在偏移過度，絕緣距離不足等情況[3]（如圖5、圖6 所示）。從圖5、圖6 中可看出懸掛點偏移過度，無法滿足要求。

圖5 曲線段加強線懸式安裝

圖6 曲線段回流線懸式安裝

3 附加導線懸式安裝時極限狀態(tài)計算

附加導線懸式安裝時，主要受力為：水平方向為風荷載、曲線力，垂直方向為線材重量，零部件自重，如圖7 所示。

圖7 附加導線懸式安裝時受力分析

附加導線懸式安裝主要控制點為合力方向角度a，極端情況下a 值最大宜控制在65°。

合力方向角度a 計算公式如式（1）～式（6）[3]。

式中：wo——基本風壓，kN/m2；μz——風壓高度變化系數(shù)；μs——線材風載體型系數(shù)；D——線材直徑，mm；A1——絕緣子風壓面積，m2；L——懸掛點跨距，m；T——線材最大張力，kN；R——曲線半徑，m；g——線材單位自重，kg/m。其中L、R 值為變量，a 主要受跨距與曲線半徑影響。

以回流線懸式安裝為例：

以成都地區(qū)為例取Wo=0.39（kN/m），μz=1.28，μs=1.2；

零部件含絕緣子自重Po=0.2kN，絕緣子風壓面積0.025m2；

線材按LBGLJ-240/30，則線材單位自重g=0.8856kg/m，線材直徑D=21.6mm，最大張力T=12kN。

按接觸網(wǎng)常用跨距計算見表1。

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)分析：線路曲線半徑越小，則導線曲線力越大，造成水平方向力偏大，導線往水平方向偏移較多；而風荷載做為變量，曲線半徑越小，則跨距也越小，風荷載對附加導線偏移量影響也越小。即線路小曲線半徑區(qū)段，附加導線偏移量主要受曲線力影響，在大曲線半徑區(qū)段，附加導線偏移量主要受風荷載影響。

從表1 可見線路曲線半徑小于800m 時，在無風工況下，導線偏移約48°，但在極限風偏狀態(tài)下，附加導線懸式安裝偏角趨近于65°。在該工況下，懸式安裝已基本不能滿足工程要求。因此當線路曲線半徑小于800m 時，應采用支撐式懸掛。

表1 典型數(shù)值計算分析

4 附加導線支撐式懸掛方案

附加導線支撐式懸掛有利于控制附加導線絕緣間距，不受線路曲線半徑影響，且節(jié)省安裝空間。工程現(xiàn)場小區(qū)段附加導線安裝由懸式整改為支撐式的效果見圖8、圖9。

圖8 曲線段加強線懸式安裝

圖9 曲線段回流線懸式安裝

整改后懸掛零部件狀態(tài)及空氣絕緣間隙都得到了保證，有效解決了現(xiàn)場實際問題。同時改為支撐式懸掛以后，有利于控制附加導線與相鄰線路的安全間距，工程施工時，可調(diào)整空間大。

正線大長直線區(qū)段附加導線一般采用懸式安裝，此時附加導線的偏移量主要受風力影響，為避免大風天氣造成附加導線舞動幅度及頻率過大，應考慮間隔一定數(shù)量的懸掛點采用一處支撐式懸掛，以減小大風天氣產(chǎn)生的可變水平力對附加導線的影響。

5 結(jié)語

附加導線作為接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，其安裝方式對接觸網(wǎng)和其他專業(yè)（限界、供電、通信、聲屏障等）均會產(chǎn)生影響，城市軌道交通正線線路最小曲線半徑達400m，站場線路最小曲線半徑達150m[4]。設計時，附加導線懸掛方式的選擇應根據(jù)線路條件、接觸網(wǎng)平面布置等因素綜合考慮計算后確定，避免返工整改，造成資源浪費。施工前應對施工圖紙和輸入資料進行校驗，并根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況和測量數(shù)據(jù)對設計圖紙進行優(yōu)化，在工程實施前規(guī)避因設計和工程現(xiàn)場特殊情況造成的工程浪費。

AC25kV 柔性接觸網(wǎng)在城市軌道交通領域的應用越來越廣泛，城市軌道交通與國鐵線路條件不同、運營模式不同，在吸取國鐵優(yōu)秀經(jīng)驗的同時，必須結(jié)合現(xiàn)場實際進行優(yōu)化以滿足城市軌道交通運營的需要，在建設過程中不斷完善，為城市軌道交通建設的發(fā)展提供堅實的技術(shù)保證。