高鐵接觸網(wǎng)供電線上跨及T接上網(wǎng)方式的優(yōu)化研究

陳龍福

（中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司，南昌 330002）

目前，我國(guó)高速鐵路普遍存在供電線（含附加導(dǎo)線）直接架空跨越接觸網(wǎng)以及上跨T接引線上網(wǎng)的情形，上跨接觸網(wǎng)的供電線、T接引線高于接觸懸掛，日常檢查維護(hù)相對(duì)困難，6C系統(tǒng)也難以檢測(cè)到運(yùn)行狀態(tài)變化，供電線、引線、線夾及緊固件容易因電氣腐蝕、緊固件松脫、外界因素等原因，導(dǎo)致引線脫落或斷下影響高鐵運(yùn)行安全。近年來(lái)包括供電線在內(nèi)的附加導(dǎo)線在與接觸網(wǎng)交叉跨越處，經(jīng)常發(fā)生斷線低垂于接觸網(wǎng)而引發(fā)弓網(wǎng)故障。為提升高鐵接觸網(wǎng)運(yùn)行安全可靠性，有必要對(duì)架空供電線上網(wǎng)方式進(jìn)行分析和優(yōu)化。

1 高鐵架空供電線上網(wǎng)方式

我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)供電線從上網(wǎng)點(diǎn)連接到隔離開(kāi)關(guān)再連接上接觸懸掛的方式主要有2大類(lèi)：一是隔離開(kāi)關(guān)直接引線方式；二是上跨T接方式［1-3］。

1.1 隔離開(kāi)關(guān)直接引線方式

該方式采用銅電連接引線與接觸懸掛相連，采用鋁絞線與AF線相連，不需要采用銅鋁過(guò)渡線夾，如圖1所示［4］。供電線從變電所側(cè)穿越到線路對(duì)側(cè)一行的供電線，若非采用電纜下穿方式而采用架空供電線上跨接觸網(wǎng)時(shí)，則存在交叉跨越風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 隔離開(kāi)關(guān)直接引線方式

1.2 上跨T接方式

采用上跨接觸網(wǎng)再T接到接觸懸掛上，該方式需要在線路兩側(cè)安設(shè)懸掛跨越供電線的供電桿，供電線及引線通常采用鋁絞線型材，鋁型材質(zhì)引線通過(guò)上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)連接到上跨的供電線上，再?gòu)纳峡绻╇娋€分別T接到接觸懸掛和AF線上，如圖2所示。鋁型材質(zhì)的供電線T接到接觸懸掛時(shí)，則需要采用銅鋁過(guò)渡線夾。

圖2 上跨T接方式

國(guó)內(nèi)大部分高鐵上跨供電線的固定方式采用格構(gòu)式鋼柱懸挑跨越接觸網(wǎng)，國(guó)外及國(guó)內(nèi)個(gè)別線路采用“門(mén)型架構(gòu)”式固定［5］。

2 跨越及T接上網(wǎng)方式故障案例

2.1 交叉跨越故障案例

2018年4月，杭深線某AT所處的上跨PW線脫落短接上下行接觸網(wǎng)，燒斷下行承力索，燒傷上行承力索，燒斷的承力索與通過(guò)的動(dòng)車(chē)組發(fā)生刮碰并引發(fā)弓網(wǎng)故障，接觸網(wǎng)大范圍受損，中斷供電170 min，如圖3所示。

圖3 PW線交叉跨越處故障照片

經(jīng)分析，故障原因系上跨PW線結(jié)構(gòu)不合理，長(zhǎng)期電腐蝕燒斷引起，上跨上下行接觸網(wǎng)的PW線采用雙根橫承導(dǎo)線通過(guò)三角掛板與鋼柱連接，2根橫承導(dǎo)線間沒(méi)有并聯(lián)，造成雙根導(dǎo)線通過(guò)兩邊懸掛的耐張線夾心形環(huán)、三角掛板形成環(huán)路，無(wú)載流功能的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期電腐蝕，最終導(dǎo)致心形環(huán)與三角板連接處的螺栓燒損致導(dǎo)線落下，引起弓網(wǎng)故障。

2019年7月，京哈線某站上跨接觸網(wǎng)的回流線，也因結(jié)構(gòu)不合理長(zhǎng)期電腐蝕燒斷，斷下的回流線燒斷承力索造成上下行同時(shí)中斷150 min。

類(lèi)似上跨線斷線同時(shí)燒損被跨越的上下行接觸網(wǎng)、嚴(yán)重影響運(yùn)輸秩序的故障在全路多次發(fā)生。

2.2 上跨T接上網(wǎng)故障案例

2017年3月，杭深線某分區(qū)所T接上網(wǎng)處發(fā)生引線燒斷低垂于接觸線，連續(xù)打壞運(yùn)行經(jīng)過(guò)該處的2趟動(dòng)車(chē)組受電弓，故障處理導(dǎo)致延時(shí)2 h 23 min。

經(jīng)分析，故障原因系上網(wǎng)T接引線與供電線連接的銅鋁過(guò)渡并溝線夾長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行老化，產(chǎn)生電氣腐蝕，造成引線與線夾過(guò)渡電阻增大，導(dǎo)致線夾在大負(fù)荷情況下急劇發(fā)熱燒熔，引線下垂低于接觸線引發(fā)弓網(wǎng)故障，如圖4所示。

圖4 上跨T接處故障圖片

目前對(duì)此種故障隱患，尚不具有檢測(cè)能力。

3 上跨及T接的風(fēng)險(xiǎn)分析

由于上跨供電線或上跨T接引線下垂引發(fā)的故障時(shí)有發(fā)生，當(dāng)架空供電線或T接引線斷下低垂于接觸線時(shí)，將引發(fā)弓網(wǎng)故障、擊打動(dòng)車(chē)組，特別是上跨供電線或附加導(dǎo)線斷落時(shí)，上下行同時(shí)受到影響，風(fēng)險(xiǎn)極高。

3.1 上跨供電線的風(fēng)險(xiǎn)

一是懸掛供電線的兩端連接桿件松脫；二是絕緣子擊穿炸裂；三是供電線與絕緣子連接的線夾電氣腐蝕燒損；四是供電線過(guò)緊冷縮拉斷；五是供電線運(yùn)行過(guò)程因其他因素造成散股、斷股。其中，電氣腐蝕和絕緣子擊穿的故障率相對(duì)較高。

3.2 T接引線的風(fēng)險(xiǎn)

一是線夾電氣腐蝕燒損斷開(kāi)；二是引線散、斷股后拉斷；三是隔開(kāi)側(cè)引線對(duì)地安全距離不足，運(yùn)行過(guò)程風(fēng)擺放電燒斷。其中線夾電氣腐蝕，特別是使用銅鋁過(guò)渡線夾電氣腐蝕燒損的故障率較高。

4 “同材雙懸雙承雙引”的優(yōu)化方案

為了克服上述風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)研究采用“同材雙懸雙承雙引”的優(yōu)化方案，即：（1）采用同型線材確?？缭綑n內(nèi)不使用銅鋁過(guò)渡線夾；（2）采用雙懸掛雙橫承力索確保其中一根橫承斷下或懸式絕緣子斷脫時(shí)，不會(huì)整體掉下；（3）采用雙引線從隔開(kāi)側(cè)直引到網(wǎng)上，使跨越檔內(nèi)不使用接頭線夾［6-7］。

4.1 供電線上跨優(yōu)化方案

該方案采用2根與供電線本線相同線材作為橫承上跨接觸網(wǎng)，跨越檔獨(dú)立耐張架設(shè)，并使用預(yù)絞式間隔線夾兩兩固定，如圖5所示。

圖5 供電線上跨優(yōu)化方案示意圖

其中，橫承上下或水平布置，間隔約為250 mm。兩橫承間釆用預(yù)絞式間隔線夾固定，間距小于1 m。

橫承兩端采用耐張線夾與絕緣子相連，橫承通過(guò)耐張線夾后的引線與線路側(cè)供電線相連，跨越檔內(nèi)供電線（橫承）不斷開(kāi)，沒(méi)有接頭。

引線轉(zhuǎn)角處絕緣距離應(yīng)大于500 mm。

4.2 直供方式上跨優(yōu)化方案

該方案采用2根與承力索相同線材作為橫承上跨接觸網(wǎng)，再使用軟銅絞線作為引線，從隔離開(kāi)關(guān)引出后順橫承到懸掛處上網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 直供方式T接上跨優(yōu)化方案示意圖

其中，橫承上下或水平布置，間距約為250 m；兩橫承間釆用預(yù)絞式間隔線夾固定，間距小于1 m。

隔離開(kāi)關(guān)安裝在順線路側(cè)（即操作機(jī)構(gòu)箱設(shè)置在順線路側(cè)），便于引線安裝。

引線采用TRJ軟銅絞線，具體型號(hào)根據(jù)實(shí)際需要確定。引線TRJ軟銅絞線與橫承連接采用本線綁扎，間距小于1 m，原則上1根承力索綁扎1根引線。

引線通過(guò)柱式絕緣子沿支柱爬至柱頂后跳至橫承上與橫承固定，第1個(gè)柱式絕緣子安裝位置宜設(shè)置在較承力索高1 m處，柱式絕緣子的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要確定。引線轉(zhuǎn)角處絕緣距離應(yīng)大于500 mm。

4.3 AT供電方式上跨優(yōu)化方案

該方式采用2根與AF線相同線材作為橫承上跨接觸網(wǎng)，再使用與AF線相同線材供電線，從隔離開(kāi)關(guān)引出后順橫承到AF處上網(wǎng)，如圖7所示。

圖7 AT供電方式上跨優(yōu)化方案示意圖

其中，AF線兩橫承間采用預(yù)絞式間隔線夾固定，間距小于1 m。隔離開(kāi)關(guān)安裝在順線路側(cè)（即操作機(jī)構(gòu)箱設(shè)置在順線路側(cè)），便于引線安裝。

AF線引線采用與AF線本線一致的線材，與橫承間采用并勾線夾固定。AF引線通過(guò)柱式絕緣子沿支柱爬至柱頂后跳至橫承上與橫承固定，第1個(gè)柱式絕緣子安裝位置宜設(shè)置在較承力索高1 m處，柱式絕緣子的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要確定。引線轉(zhuǎn)角處絕緣距離大于500 mm。

T線上跨連接方式與4.2直供相同。

5 運(yùn)用效果分析

5.1 解決電氣腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

上述方案中，2根橫承分別與絕緣子連接，取消了三角掛板，避免了傳統(tǒng)式三角掛板及連接件電氣腐蝕燒損風(fēng)險(xiǎn)。

2根橫承和2引線間采用預(yù)絞式間隔線夾進(jìn)行等位并聯(lián)，避免了環(huán)流引起的電氣腐蝕燒損線索風(fēng)險(xiǎn)。

跨越檔內(nèi)不使用銅鋁過(guò)渡線夾和接頭線夾，避免了銅鋁過(guò)渡線夾、接頭線夾電氣腐蝕燒損風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 解決供電線及引線斷落風(fēng)險(xiǎn)

2根橫承的兩端與絕緣子獨(dú)立連接懸掛，其中一組絕緣子或連接件故障斷脫時(shí)，另一組可通過(guò)預(yù)絞式間隔線夾拉住，垂落不會(huì)侵入受電弓或列車(chē)運(yùn)行限界，可待天窗時(shí)間再處理，不影響正常運(yùn)輸。

供電線采用橫承形式，中間沒(méi)有接頭，且兩兩固定，電氣腐蝕及絕緣子斷脫風(fēng)險(xiǎn)降低后，極端情況下其中一根斷下，另一根橫承也可固定拉住，短距離的垂落不會(huì)侵入受電弓或列車(chē)運(yùn)行限界，可待天窗時(shí)間再處理，不影響正常運(yùn)輸。

引線從隔離開(kāi)關(guān)直引到網(wǎng)上，中間沒(méi)有接頭并兩兩固定，斷脫風(fēng)險(xiǎn)極低，極端情況斷脫時(shí)，另一根可固定拉住，短距離的垂落不會(huì)侵入受電弓或列車(chē)運(yùn)行限界，可待天窗時(shí)間再處理，不影響正常運(yùn)輸。

6 結(jié)論

供電線應(yīng)盡量避免架空跨越，上網(wǎng)應(yīng)盡量采用隔開(kāi)直引式，但當(dāng)考慮投資成本因素或現(xiàn)場(chǎng)地形及其他條件限制，需要采用架空上跨接觸網(wǎng)或采用上跨T接上網(wǎng)時(shí)，采取“同材雙懸雙承雙引”方式，可有效降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提升供電運(yùn)行可靠性。2018年12月開(kāi)通的南龍鐵路（直供）5個(gè)困難處所采用上述方式，截止2020年7月運(yùn)行良好。

我國(guó)早期高鐵普遍采用傳統(tǒng)上跨式上網(wǎng)，隨著運(yùn)行年限的增加，電氣腐蝕、機(jī)械損傷的風(fēng)險(xiǎn)增加，進(jìn)行維修更改時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用“同材雙懸雙承雙引”方式進(jìn)行改造。分別于2009年9月和2010年4月開(kāi)通的杭深線（AT）溫福、福廈段，2017年對(duì)困難處上跨供電線按上述方式進(jìn)行改造，截止2020年7月運(yùn)行良好。