關(guān)于對張大客專高速鐵路接觸網(wǎng)線索防風(fēng)對策的探討

堯軍峰YAO Jun-feng

（大秦鐵路股份有限公司大同西供電段，大同 037000）

0 引言

隨著中國高鐵網(wǎng)日趨完善，人民對高鐵出行體驗(yàn)要求，使得高鐵的運(yùn)行安全就更加重要，張大客專自建成以來，經(jīng)常面臨北方揚(yáng)沙大風(fēng)天氣的影響，供電接觸網(wǎng)的外部環(huán)境壓力巨大，開通不長時間，就發(fā)生一起因風(fēng)斷線故障，引起了對接觸網(wǎng)線索受風(fēng)擺動問題的高度重視，為此針對張大客專的因風(fēng)造成線索距離動態(tài)變化引發(fā)安全問題進(jìn)行了分析研究解決對策。

1 風(fēng)對接觸網(wǎng)的影響

架空接觸網(wǎng)是屬于室外固定設(shè)施，受外界自然環(huán)境的影響非常大，自高鐵建設(shè)以來，因外部環(huán)境引發(fā)的高鐵故障占比非常高，在這些外部影響下，容易引起斷線故障的，屬風(fēng)的影響比較突出。大風(fēng)天氣，空氣流動形成的氣流與地表的摩擦?xí)鸬乇砀浇臍饬魉俣劝l(fā)生變化，風(fēng)洞試驗(yàn)表明，線路路堤對風(fēng)存在垂直約束，致使風(fēng)速增加，在接觸懸掛附近，風(fēng)速可達(dá)到平地同樣高度風(fēng)速的1.2~1.5 倍。接觸網(wǎng)在受風(fēng)影響下會發(fā)生劇烈擺動，觸發(fā)線索安全距離不足時會引起放電，從而容易造成線索燒傷斷線的問題，導(dǎo)致停電中斷行車。

2 易造成線索距離不足的關(guān)鍵

高鐵接觸網(wǎng)架設(shè)線索在風(fēng)擺情況下，容易引發(fā)距離不足導(dǎo)致線索相磨和線索放電兩類問題。主要表現(xiàn)有：①接觸懸掛兩支承力索交叉處所距離不足，在風(fēng)擺條件下發(fā)生相磨；②接觸網(wǎng)支持裝置保護(hù)跳線弛度過大，在風(fēng)擺條件下與帶電側(cè)距離不足；③附加懸掛線索及其連接引線存在互相交叉，在風(fēng)擺條件下距離不足。

在這三種情況下，前兩種問題比較簡單，我們往往在施工組織時通過嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)施工安裝，以及增加保護(hù)線索措施就可以消除距離不足帶來的風(fēng)險(xiǎn)。但是第三種情形時，由于涉及線索空間結(jié)構(gòu)布局，在有限的空間位置架設(shè)多條線索，往往容易出現(xiàn)考慮不充分的情況，隱蔽問題易形成，直觀檢查難發(fā)現(xiàn)，人工動態(tài)拉拽試抽驗(yàn)難覆蓋，這時就容易出現(xiàn)問題。

3 張大客專的接觸網(wǎng)線索問題

3.1 最初設(shè)計(jì)時的風(fēng)速考慮不周全

張大客專沿線屬中溫帶亞干旱氣候區(qū)，干旱少雨，夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，晝夜溫差大，全線屬寒冷地區(qū)，在春、秋兩個季節(jié)大風(fēng)高發(fā)。由于張大客專線路規(guī)劃較早，設(shè)計(jì)之初考慮的參考?xì)庀髷?shù)據(jù)選取的是2004 年至2013 年的數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 2004 年-2013 年氣象數(shù)據(jù)

接觸線風(fēng)偏設(shè)計(jì)風(fēng)速按機(jī)車允許上線運(yùn)行的最大風(fēng)速選??；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012 選取沿線相關(guān)地區(qū)的基本風(fēng)壓，并根據(jù)《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10009-2016 中表5.5.10-1、5.5.10-2 的要求進(jìn)行風(fēng)荷載體型、風(fēng)壓高度變化等系數(shù)修正。隧道外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速為30m/s，隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速為49m/s。

但是在2019 年開通后發(fā)生一起9 級揚(yáng)沙大風(fēng)，受大風(fēng)影響，造成附加線在風(fēng)擺后線索距離不足引起斷線跳閘故障，通過調(diào)閱2020 至2021 年間風(fēng)速采集監(jiān)測的風(fēng)速值，發(fā)現(xiàn)結(jié)果線路實(shí)際氣象條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)比2004 年-2013 年的更加惡劣，具體見表2 所示。

表2 2020 年-2021 年風(fēng)速監(jiān)測表

從表2 中可以看出，張大客專沿線最高風(fēng)速已高達(dá)26.7m/s，非常接近30m/s（10 級大風(fēng)）。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的附錄E2.3 規(guī)定：選取年最大風(fēng)速時，一般應(yīng)有25 年以上的風(fēng)速資料，通過平均法、變通法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等統(tǒng)計(jì)方法選取最大設(shè)計(jì)風(fēng)速。接觸網(wǎng)的線索和設(shè)備必須能夠承受所在區(qū)域50 年一遇的特大強(qiáng)風(fēng)，因此需要通過數(shù)理概率統(tǒng)計(jì)出的50 年一遇的最大風(fēng)速值，一般高速接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速按50m/s 取值。

為此，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在統(tǒng)計(jì)氣象數(shù)據(jù)不全面，風(fēng)速取值參考偏小的問題。

3.2 附加線索設(shè)計(jì)安裝間距考慮不足

張大客專線路支柱未單獨(dú)設(shè)置附加線支柱，正饋線、供電線、保護(hù)線、避雷線等附加線采取的是同支柱架設(shè)，由于分相隔離開關(guān)上網(wǎng)點(diǎn)附近區(qū)域線索架設(shè)較多，受空間限制，線索及引線等存在一定的交叉，容易存在距離不足的安全風(fēng)險(xiǎn)，另外所亭饋出的供電線、正饋線等在轉(zhuǎn)角分布時，也容易存在引線距離不足問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.2.1 隔離開關(guān)接觸網(wǎng)（T 線）上網(wǎng)引線與避雷線動態(tài)距離不足

隔離開關(guān)接觸網(wǎng)上網(wǎng)引線弛度較大，與避雷線測試動態(tài)最小距離不足300mm，如圖1 所示。

圖1 接觸網(wǎng)引線與避雷線動態(tài)距離不足

3.2.2 隔離開關(guān)正饋線（F 線）上網(wǎng)引線與避雷線動態(tài)距離不足

①避雷線安裝位置距離隔離開關(guān)底座垂直距離小。避雷線安裝于正饋線隔離開關(guān)底座下部，部分距離隔離開關(guān)底座距離約100mm，與正饋線引線等高處所水平靜態(tài)距離約600mm，現(xiàn)場模擬在正饋線發(fā)生較大風(fēng)擺時無法保證安全距離，如圖2 所示。

圖2 正饋線引線與避雷線動態(tài)距離不足

②正饋線引線距離支柱水平動態(tài)距離不足。隔離開關(guān)設(shè)備線夾順線路方向安裝，同時在直線區(qū)段正饋線肩架均采用1350mm 長的短肩架，正饋線引線在空間上整體與支柱水平距離較小，在風(fēng)擺劇烈時極易與內(nèi)側(cè)線索動態(tài)間距不足，如圖3 所示。

圖3 引線與隔離開關(guān)底座動態(tài)距離不足

3.2.3 正饋線隔開引線空間布局不合理

正饋線上網(wǎng)隔離開關(guān)引線從避雷線與保護(hù)線中間穿越，導(dǎo)致正饋線引線與保護(hù)線、避雷線空間距離不好設(shè)置，容易存在動態(tài)距離不足問題，如圖4 所示。

圖4 正饋線引線在保護(hù)線與避雷線之間穿越

3.2.4 所亭饋出供電線（T 線）與正饋線（F 線）架設(shè)層次不合理

所亭饋出的供電線和正饋線在鋼柱轉(zhuǎn)角上下分布不合理，導(dǎo)致轉(zhuǎn)角處引線與另一耐張線存在上下交叉，動態(tài)距離不足，如圖5 所示。

圖5 鋼柱一側(cè)饋線轉(zhuǎn)角與另一線引線存在交叉

4 接觸網(wǎng)防風(fēng)解決對策

4.1 調(diào)整隔離開關(guān)引線壓板方向

將隔離開關(guān)引線壓板朝向，由順線路方向改為垂直線路方向，以增加隔離開關(guān)引線距離避雷線或支柱的距離，如圖6 所示。

圖6 調(diào)整隔離開關(guān)引線壓板朝向

4.2 調(diào)整支柱懸掛避雷線的柱式絕緣子位置

通過調(diào)整懸掛避雷線的柱式絕緣子位置，調(diào)整后其中心距離支柱中心約為400mm，以及對正饋線肩架進(jìn)行延長，改為增長肩架，肩架底座長度為800mm，裝在避雷線懸掛點(diǎn)高300mm 或低300mm 處?，F(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況靈活選取，首選安裝在上部，若現(xiàn)場與開關(guān)底座沖突或太近，可改為下部安裝。安裝后保證避雷線距其不小于300mm，確保正饋線與避雷線空間距離足夠，引線動態(tài)距離能夠得到保證。安裝后應(yīng)核實(shí)零件間的絕緣距離滿足要求。電連接引線安裝均應(yīng)滿足各項(xiàng)絕緣距離要求，并考慮承力索（附加線）導(dǎo)線隨溫度變化時的伸縮量對連接引線的要求，如圖7 所示。

圖7 調(diào)整懸掛避雷線的柱式絕緣子位置

4.3 支柱上增加固定正饋線引線用的支撐絕緣子

通過在支柱上增加固定正饋線引線用的支撐絕緣子，包括一個底座長度為800mm 的增長肩架。安裝位置比避雷線懸掛點(diǎn)低200mm。安裝后保證避雷線不與任何其他設(shè)備沖突。對有正饋線引線連接處，正饋線懸掛高度不變，將懸掛方式改為V 拉形式，減少正饋線擺動，確保正饋線不與其他線索發(fā)生動態(tài)距離不足問題，如圖8 所示。

圖8 調(diào)整正饋線引線弛度

4.4 穿越正饋線引線與保護(hù)線間的避雷線進(jìn)行拆除

由于牽引變電所出所分相處，正饋線引線、保護(hù)線、避雷線存在空間交叉，難以實(shí)現(xiàn)空間距離調(diào)整，需要對避雷線進(jìn)行拆除，以消除正饋線引線對避雷線距離不足引發(fā)放電的問題。

4.5 調(diào)整所亭饋出線轉(zhuǎn)角處線索及引線間距

通過在支柱上增加固定正饋線引線用的支撐絕緣子，使得引線與供電線（或正饋線）的動態(tài)距離足夠。同時在相交處所增加絕緣子進(jìn)行支撐或通過調(diào)整正饋線與供電線的層次分布，在轉(zhuǎn)角處不形成交叉，則可解決線索距離不足問題。

5 結(jié)論

通過對張大客?，F(xiàn)實(shí)存在的受風(fēng)影響的問題，對照接觸網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，以及現(xiàn)場采集的風(fēng)速值進(jìn)行評估分析，找出問題，并在改進(jìn)后驗(yàn)證。截至目前，張大客專未發(fā)生一起因大風(fēng)天氣導(dǎo)致的線索距離不足引發(fā)的跳閘問題。

為此我們總結(jié)出高鐵接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮風(fēng)對接觸網(wǎng)影響需要注意的兩個方面，為今后高鐵新線建設(shè)或介入施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。一是高鐵接觸網(wǎng)的線索安全距離必須在初始設(shè)計(jì)時進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)調(diào)研，根據(jù)詳細(xì)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理分析，按照接觸網(wǎng)的最大條件考慮，在資料不齊全計(jì)算不夠精準(zhǔn)的條件下，風(fēng)速值取值宜高不宜低，以滿足50年一遇的特大強(qiáng)風(fēng)；二是高鐵接觸網(wǎng)附加線索設(shè)計(jì)有多條附加線同桿架設(shè)時，要充分考慮線索的空間布局，盡量減少不必要的線索交叉，遇有線索交叉時必須充分考慮各線索間是否滿足動態(tài)的距離要求，尤其是在遠(yuǎn)動隔離開關(guān)、所亭出所的T 線、F 線等關(guān)鍵處所，要充分進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局分析，設(shè)計(jì)特殊的安裝結(jié)構(gòu)圖，并明確各類引線的固定方式和弛度要求。