架空輸電線路跨越高鐵線路設(shè)計安全可靠性分析

茹法培

1 引言

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)以及高速公路建設(shè)的不斷開展，其安全問題不容忽視。電網(wǎng)建設(shè)以及高速公路建設(shè)要以安全性和可靠性的保障為前提，為旅客提供更加便捷高效的鐵路運輸服務(wù)，保障運行的流暢性，保障旅客人身安全。因此，有必要針對架空輸電線路跨越高速鐵路段的建設(shè)進行分析，在設(shè)計環(huán)節(jié)入手，提高線路運行的可靠性和安全程度。

2 架空輸電線路跨越高鐵線路設(shè)計要點

2.1 我國國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

目前，我國對架空輸電線路跨越高速鐵路的研究經(jīng)驗豐富，基本上認為需要滿足電力行業(yè)、鐵路行業(yè)的共同規(guī)范和要求。在現(xiàn)行的架空輸電線路設(shè)計時沒有對輸電線路的設(shè)計安全性，以及可靠性進行明確的參數(shù)規(guī)定，全國各個省市地區(qū)的安全可靠性參數(shù)沒有達到統(tǒng)一的狀態(tài)，現(xiàn)行的標(biāo)準大多數(shù)是以110～750kV 架空輸電線路設(shè)計規(guī)范的，該規(guī)范是基于2008年雪災(zāi)的經(jīng)驗總結(jié)，征求了全國范圍內(nèi)的諸多單位意見，經(jīng)過鐵道部的深刻研討總結(jié)而來的。在新舊標(biāo)準的交替實行影響之下，架空輸電線路在氣象條件和氣象因素上的取值有一定的不同之處，在線路架構(gòu)的設(shè)計時存在著不一樣的重要性系數(shù)，高速鐵路技術(shù)規(guī)范可靠性方面還是沒有得到具體的規(guī)定和顯現(xiàn)。目前，以上海鐵路局為例，其管轄范圍之內(nèi)的跨越高鐵輸電線路符合規(guī)范按照標(biāo)準的體系展開了設(shè)計，時至今日沒有出現(xiàn)大型的倒塌或斷線事故，運行情況相對良好。

2.2 合理選擇跨越路徑和跨越方式

對于架空輸電線路的規(guī)劃設(shè)計來說，在選擇方面需要考察到交叉口，根據(jù)《關(guān)于特高壓交直流輸電線路跨越鐵路有關(guān)標(biāo)準的函》這一文件的規(guī)定，架空輸電線路和鐵路之間的交叉角要大于45°，如果確實有涉及困難也不能小于30°。同時，輸電線路不能在高鐵出站信號機之內(nèi)進行跨越，一般來說架空風(fēng)電線路在跨越高鐵的時候可以采用獨立耐張段，直線塔的設(shè)置不能超過三個。

2.3 綜合氣象條件展開考量

第一方面根據(jù)風(fēng)速取值。根據(jù)電網(wǎng)建設(shè)要求以及鐵路運行規(guī)范，在跨越鐵路獨立耐張段的設(shè)計時需要重視對氣象條件的考量，根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)布的風(fēng)區(qū)圖，對綜合設(shè)計風(fēng)速進行科學(xué)的判定，一般來說，如果遇到的風(fēng)速取值大于輸電線路的規(guī)范設(shè)計要求，但是仍可以按照規(guī)定來進行取值[1]。高速鐵路設(shè)計按照規(guī)程的要求，在30m/s 的速度之內(nèi)仍可以正常運行，根據(jù)電網(wǎng)規(guī)定的風(fēng)速設(shè)計極限，有可能會出現(xiàn)線路折斷動車組卻沒有停止運行的情況，這種情況一旦出現(xiàn)會危及行車安全和旅客的人身安全，不得不加以重視，因此風(fēng)速取值要綜合考慮到風(fēng)區(qū)圖的極端情況，取平均值進行設(shè)計。

第二個方面根據(jù)覆冰取值。眾所周知，近年來我國頻繁發(fā)生極端天氣，尤其是廣東沿海地帶和北方地帶多地的電網(wǎng)受到冰雪災(zāi)害的影響較為嚴重，經(jīng)常發(fā)生斷線事故[2]。為了防止覆冰情況之下發(fā)生線路折斷等不良反應(yīng)，國家電網(wǎng)公司針對輸電線路跨越高鐵路段可以采用較高的設(shè)計標(biāo)準，根據(jù)極端冰厚度進行取值，找到臨界跨越點，按照要求對導(dǎo)線進行最大的數(shù)值計算，比正常的計算值增加10mm，地線的設(shè)計要增加15mm，這樣的設(shè)計方式能夠提高跨越高速線路的輸電可靠性，即便是在重冰覆蓋之下也能夠安全運行。

第三個方面要根據(jù)地震的強烈程度進行考量。按照高鐵動車組的安全運行規(guī)定可以發(fā)現(xiàn)，動車組列車在停車的地點遭受到的地震烈度應(yīng)當(dāng)小于設(shè)計地震烈度。在假設(shè)跨越式塔干的時候，要按照這些設(shè)計標(biāo)準來運行，如果設(shè)計的地震強度小于實際地震強度，就有可能會造成塔干損毀、倒塌等不良反應(yīng)，影響到鐵路的行車安全。

2.4 導(dǎo)線和地線的安裝

在安裝導(dǎo)線和地線的時候要注意好材質(zhì)的選擇，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇具有較強耐腐性的材料作為導(dǎo)線和地線，比如OPGW 光纜，根據(jù)實際施工的條件和地理情況選擇合適的導(dǎo)線排布形式。一般而言，導(dǎo)地線的單絲應(yīng)當(dāng)為整根連續(xù)分布，不能出現(xiàn)接頭的現(xiàn)象和斷裂的現(xiàn)象，在跨越高鐵耐張段的倒地線駕駛過程之中也不能夠出現(xiàn)接頭現(xiàn)象，導(dǎo)線的安裝需要加裝間隔泵，在施工的時候調(diào)整跨越間隔泵的布置情況，防止鐵路正上方受到影響，調(diào)整內(nèi)置間隔板的布置，確保光纜防震錘的安裝分布在高鐵線路兩側(cè)，如果出現(xiàn)掉落也不會影響到高鐵的安全運行。

除了導(dǎo)線和地鐵的安裝之外，還要注重對絕緣子金具的安裝要滿足一定的要求，做好防舞設(shè)計[3]。防舞設(shè)計是架空輸電線路安全設(shè)計師必須要考量的部分，如果電力線路在建設(shè)的時候未安裝在容易舞動的區(qū)域，要按照相關(guān)的規(guī)定和文件要求展開防舞動設(shè)計，安裝的位置要避開高鐵軌的區(qū)域上方，要確保裝置和導(dǎo)線的安裝進行可靠的銜接。除此之外，要合理地控制導(dǎo)桿的距離，設(shè)置交叉跨越，電力線路的電桿內(nèi)源到線路中心的水平距離要大于3100mm。

3 高壓架空輸電線路跨越高鐵施工工藝介紹

首先對高壓架空輸電線路跨越的方式進行簡單的介紹，最早運用的傳統(tǒng)跨越方法采用的是較為簡易的封頂網(wǎng)絡(luò)，架設(shè)跨越桿的材質(zhì)是木桿和竹竿，這種操作手段較為簡便，也是較為快捷輕便的一種方法。一般來說，工作人員會就地取材，利用竹竿或木桿確保施工的安全性，因此這種方法也是各種類型電壓線路跨越設(shè)計中較為常用的一種手段。

其次在不停電情況之下可以進行跨越線路駕駛的方式。在工作人員日常施工的過程之中，被跨的線路不能停電的情況之下，必須要采取特殊的方式進行處理。受到山區(qū)場地條件的限制，采用一般的竹木跨越架無法進行線路的搭設(shè)，這種情況在偏遠山區(qū)和地勢較為起伏的地區(qū)經(jīng)常會發(fā)生，針對這一現(xiàn)象，可以采取以下幾種跨越施工進行解決，比如無跨越架不停電跨越也可以采用半懸吊式玻璃鋼簾、防護性跨越，還可以采用地面支撐式不停電維護系統(tǒng)，這幾種方式能夠較好地解決不停電的問題。

比如受力沉著系統(tǒng)可以在跨越當(dāng)?shù)膬蓚?cè)塔桿之上架設(shè)鋼結(jié)構(gòu)，形成吊塔重力承托系統(tǒng)，充分利用著力點的位置系好絕緣繩，也可以利用絕緣防護系統(tǒng)進行組合，在帶電線路的上方架設(shè)多根玻璃桿，共同組成玻璃鋼防護簾，這是一種絕緣防護系統(tǒng)的屏障，架設(shè)在絕緣防護體系的保護背景之下進行放線跨越。這種方案具有較強的絕緣體性能和較強大的承載能力，讓施工的安全情況和安全系數(shù)大大增加。同時，這種方式還能夠避免長時間使用尼龍網(wǎng)封頂造成的下沉和收攏危險。一般而言，跨越系統(tǒng)的組成部分包括受力承重系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、絕緣防護系統(tǒng)三個部分。

除此之外，還可以對跨越系統(tǒng)的布置和主要的操作方法進行大致的步驟描述，工作人員可以先進行拉線和地錨的位置固定，利用經(jīng)緯測量儀對地錨進行鋪設(shè)。在吊架的受力方向設(shè)置橫線路和豎線路方向拉線，繼續(xù)安裝鋼結(jié)構(gòu)的吊線，懸掛鋼結(jié)構(gòu)吊線在導(dǎo)線的橫向方向影響之下可以均勻受力，防止吊塔起重重量方面的缺陷，在兩端分別架設(shè)導(dǎo)線，在導(dǎo)線的上方也可以懸掛吊塔，提高施工的方便性和便捷程度，同時還要補充鐵塔的承擔(dān)極限，減小不均勻受力的情況，對其受力的結(jié)果進行計算統(tǒng)計。然后工作人員要進行絕緣系統(tǒng)的防護鋪設(shè)，可以采用先放循環(huán)繩、再放牽引網(wǎng)的形式布置玻璃鋼簾，最終在其防護系統(tǒng)之上預(yù)留尼龍繩進行鋼絲的導(dǎo)引，把所有的繩索固定其中。要注意的是被跨線路的安全參數(shù)一定要符合相關(guān)標(biāo)準。

4 架空輸電線路跨越高鐵線路設(shè)計安全可靠性建議

4.1 加強對設(shè)計現(xiàn)場的督導(dǎo)和完善

在高壓輸電線路跨越高鐵規(guī)劃之前，鐵路主管部門需要加強與地方電力部門的溝通，加快業(yè)務(wù)對接，做好安全風(fēng)險的防控工作，本著互利雙贏的概念，把規(guī)劃的理念在實際施工之中落實，讓高壓輸電線路和高鐵正交跨越的時候設(shè)置在合理的跨越距離之下，合理設(shè)置架空保護網(wǎng)。這是一種較大難度的高風(fēng)險跨越，必須按照規(guī)定進行設(shè)置，安裝獨立耐張網(wǎng)和孤立網(wǎng)，抵抗由于惡劣天氣因素等其他環(huán)境的影響造成的危險。也可以進行加強型桿塔和金具的安裝，滿足施工規(guī)范的相關(guān)要求，確?？缭骄W(wǎng)在安裝過程之中方便進行加工網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)，減少成本危險和施工風(fēng)險，確保鐵路的運行安全流暢。

同時，要注意的是加強對有關(guān)施工組織和人員的安全教育，鐵路局有關(guān)單位要加強對施工單位的人員培養(yǎng)，對與高鐵相關(guān)的施工規(guī)定進行學(xué)習(xí)，提供合格的榜樣和范本，提高高鐵維護的安全性，確保施工過程能夠準確到位。監(jiān)督施工設(shè)計組織單位的內(nèi)審質(zhì)量，提高編制水平，發(fā)揮技術(shù)骨干和檢驗機構(gòu)的主觀能動性，切實做好審批審核工作，對高壓架空輸電線路的通常運行起到良好的保障作用，維護施工規(guī)范和人員安全。

4.2 把握鐵路設(shè)計原則

高速鐵路通過電力驅(qū)動的形式達到安全運行的目的，時速大于200km/h，和普通的架空送電線路跨越難度相比較大，為了防止高鐵線路和電力線路之間存在跨越性的問題，在設(shè)計期間應(yīng)該把握好相關(guān)的原則。第一個原則是安全控制原則，也就是說在施工期間要對機械設(shè)備、人身安全等多方面因素進行全面的控制，防止對高速鐵路的運行造成不良的影響。在架空輸電線路的設(shè)計工作之中一定要對所有的施工流程進行安排，理順施工步驟。

第二個原則要加強質(zhì)量控制，為了提高鐵路運行的暢通程度和可靠程度，需要遵循質(zhì)量控制的相關(guān)原則，在設(shè)計的前期階段要做好檢查和驗收工作，防止后續(xù)存在問題影響接下來的施工，埋下安全隱患。

第三個原則是安全性與可靠性并存的原則，也就是說為了確?？缭皆O(shè)計的可操作性和實際性，應(yīng)當(dāng)在施工階段架設(shè)跨越網(wǎng)絡(luò)跨越架的安裝，要配置封頂網(wǎng)作為保證安全的必要工序，確保鐵路安全運行。除此之外，在跨越鐵路的耐張段之內(nèi)對輸電線路的設(shè)計要提高相應(yīng)的標(biāo)準，讓高鐵線路能夠暢通無阻，穩(wěn)定運行。

4.3 確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工安全，提升架構(gòu)設(shè)置的可靠性

為了達到這一目的就不得不提到天窗的設(shè)置，天窗點是鐵路行車指揮部門專門為鐵路工務(wù)段、鐵路電務(wù)段、鐵路供電段等單位在線路上維修和養(yǎng)護設(shè)置的機構(gòu)，在列車運行時會根據(jù)圖上預(yù)留的特定區(qū)域，找到列車運行的空隙時間，因此必須要確保高鐵天窗內(nèi)的施工安全。有關(guān)工作人員要強化陸地協(xié)調(diào)配合，要求有關(guān)部門認真落實線路封鎖和接觸網(wǎng)停電策略，確保安全措施的有效性，對鐵路電力架空線做好停電措施，化解人身安全的風(fēng)險，讓鐵路設(shè)備的維修和電網(wǎng)的施工能夠同步展開，互不影響。

同時，還要加強對鐵路維修單位的奉獻精神培養(yǎng)，塑造敬業(yè)精神，把大多數(shù)“天窗”的時間貢獻給電網(wǎng)作業(yè)。并且有關(guān)單位要盡最大可能幫助電力施工單位克服高空作業(yè)和夜間作業(yè)的危險和困難，提供足夠的照明設(shè)施與設(shè)備，進行導(dǎo)線定性的量化處理，確保施工步驟能夠安全有序推進。除此之外，為了防止高壓輸電線路大跨度架線過程中可能會出現(xiàn)線路損毀或線路掉落等情況，影響到運輸安全，有關(guān)單位要對施工現(xiàn)場設(shè)置保護構(gòu)架，一般來說可以安裝懸索架空網(wǎng)之后再進行作業(yè)，除了懸索架空網(wǎng)之外，其他類型的保護結(jié)構(gòu)和設(shè)置必須符合安全的要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在架空輸電線路跨越高鐵線路設(shè)計時要提高其安全性和可靠性，有關(guān)工作人員需要找到線路架設(shè)的安全保障節(jié)點，做好防護工作，重視導(dǎo)線和地線的安裝，合理選擇跨越路徑和跨越方式，同時還要考慮氣候因素和地理因素，提高架空輸電線路設(shè)計的安全性與有效性。