劉玖林

大風(fēng)區(qū)段高速鐵路正饋線防風(fēng)技術(shù)探討

劉玖林

根據(jù)已運(yùn)營(yíng)高速鐵路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)采取的措施，結(jié)合蘭新鐵路和蘭新鐵路第二雙線大風(fēng)災(zāi)害頻繁的特點(diǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)正饋線防風(fēng)技術(shù)措施進(jìn)行探討，解決大風(fēng)災(zāi)害造成正饋線故障，引起接觸網(wǎng)停電，嚴(yán)重影響高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的技術(shù)問(wèn)題。

大風(fēng)區(qū)段；高速鐵路；正饋線；防風(fēng)技術(shù)

0 引言

由于AT供電方式具有供電電壓高，供電臂距離長(zhǎng)，防干擾效果好，適應(yīng)高速大功率電力機(jī)車運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，高速鐵路牽引供電采用AT供電方式，正饋線一般與接觸網(wǎng)支柱同桿架空架設(shè)于線路外側(cè)。但是，大風(fēng)區(qū)段風(fēng)災(zāi)害對(duì)正饋線影響嚴(yán)重，造成牽引供電停電故障，是高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的重大隱患。本文根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際施工情況就大風(fēng)區(qū)段正饋線防風(fēng)問(wèn)題進(jìn)行分析探討，提出解決方案，確保正饋線在大風(fēng)條件下安全運(yùn)營(yíng)。

1 大風(fēng)對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)正饋線的影響

大風(fēng)對(duì)架空線路的影響主要是風(fēng)力對(duì)架空線形成水平傾覆力：

P = αDMW0sin2θ （1）式中，P為架空線路水平風(fēng)壓；α為風(fēng)速不均勻系數(shù)；D為空氣動(dòng)力系數(shù)；M為架空線路受風(fēng)投影面；W0為理論風(fēng)壓，且W0= (ρ / 2)v2，ρ為空氣密度；v為風(fēng)速；θ為風(fēng)向與架空線路軸向的夾角。

根據(jù)式（1）可見(jiàn)，風(fēng)速越大，線路水平傾覆力越大。

2 接觸網(wǎng)正饋線采取的防風(fēng)措施

大風(fēng)對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)正饋線架空線路帶來(lái)的危害，一般根據(jù)線路風(fēng)速等氣象資料采取系列防風(fēng)措施，以確保線路安全運(yùn)營(yíng)。主要采取以下措施：

（1）隧道口或大風(fēng)區(qū)段采用加強(qiáng)絕緣子強(qiáng)度“V”懸掛，防止架空線路上翻和風(fēng)偏碰撞肩架等接地導(dǎo)電體。

（2）加長(zhǎng)懸掛肩架長(zhǎng)度，確保架空正饋線與肩架、接觸網(wǎng)支柱等帶電體的絕緣距離。

（3）減小跨距，可減小大風(fēng)造成的導(dǎo)線風(fēng)偏過(guò)大，防止絕緣距離不夠造成的放電、接地短路故障。增大支柱容量，避免抗彎矩不夠造成支柱折斷。

3 正饋線防風(fēng)技術(shù)探討

蘭新鐵路第二雙線大風(fēng)區(qū)段風(fēng)速高，百里風(fēng)區(qū)最大風(fēng)速達(dá)60 m/s，局部區(qū)段大于8級(jí)風(fēng)天數(shù)超過(guò)200 d。根據(jù)大風(fēng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大風(fēng)區(qū)段線路北側(cè)風(fēng)速在擋風(fēng)墻與北側(cè)接觸網(wǎng)支柱間形成擾流區(qū)，擾流區(qū)風(fēng)力將加大10%左右，嚴(yán)重時(shí)形成風(fēng)的激勵(lì)。風(fēng)的激勵(lì)引起接觸網(wǎng)正饋線大幅度、高頻振蕩，即大風(fēng)引起架空線路舞動(dòng)。因此，解決大風(fēng)區(qū)段接觸網(wǎng)正饋線防風(fēng)災(zāi)害技術(shù)問(wèn)題對(duì)高速鐵路安全運(yùn)行非常重要。

3.1 提高正饋線線路防風(fēng)災(zāi)能力

（1）正饋線導(dǎo)線、肩架等金具根據(jù)線路最大風(fēng)速風(fēng)荷載計(jì)算，并參照蘭新鐵路等線路運(yùn)營(yíng)情況提高選用標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)線采用LBGJ300-25絞線，懸垂線夾采用抗疲勞吸能線夾，合金預(yù)絞絲防止懸掛點(diǎn)磨損。

（2）絕緣子采用“V”形懸掛，增加懸掛點(diǎn)絕緣子重量，防止大風(fēng)災(zāi)害使絕緣子和導(dǎo)線上翻造成絕緣距離不夠、接地短路等故障；“V”形懸掛使導(dǎo)線懸掛點(diǎn)位置相對(duì)固定，導(dǎo)線風(fēng)偏擺動(dòng)量小。

（3）下錨處接續(xù)連接線采用柱式支持絕緣子及絕緣子頂部壓板式線夾固定，并有效解決下錨處接續(xù)連接跳線在最大風(fēng)擺動(dòng)量下的與下錨絕緣子和支柱間絕緣距離。

3.2 在大風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)段選用電纜

大風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)段，短距離可采用電纜敷設(shè)方式避免大風(fēng)造成的線路損害。但是接觸網(wǎng)正饋線電壓27.5 kV，電壓等級(jí)高，電纜徑路需與信號(hào)和電力電纜保持一定距離，投資高，運(yùn)營(yíng)維護(hù)比較困難，長(zhǎng)距離電纜線路存在容性電流，需增加補(bǔ)償裝置。

3.3 特別嚴(yán)重區(qū)段選擇合理走向和路徑

大風(fēng)舞動(dòng)特別嚴(yán)重區(qū)段，正饋線最好選擇合理走向和路徑，盡可能避免橫穿風(fēng)口等特殊地形區(qū)，避免線路走向與舞動(dòng)頻發(fā)季節(jié)的主要風(fēng)向相垂直。

3.4 縮短正饋線錨段長(zhǎng)度以減小大風(fēng)災(zāi)害事故

適當(dāng)縮短正饋線錨段長(zhǎng)度、加大張力減小預(yù)留弛度，可減小大風(fēng)災(zāi)害引起的正饋線舞動(dòng)、接地短路、斷線等故障，縮短事故搶修時(shí)間。

3.5 改進(jìn)連接件的抗磨損性能

（1）今年大風(fēng)期，烏魯木齊供電處供電段檢修開(kāi)通運(yùn)營(yíng)一年的蘭新鐵路時(shí)，發(fā)現(xiàn)正饋線絕緣子“V”形懸掛處三孔聯(lián)板與連接線夾連接孔以及連接螺栓嚴(yán)重磨損。分析三孔聯(lián)板連接孔和連接螺栓磨損情況，發(fā)現(xiàn)主要是連接孔間隙較大，大風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間侵襲時(shí)造成導(dǎo)線和線夾晃動(dòng)，間隙處放電燒壞和晃動(dòng)磨損造成。

（2）在風(fēng)季，用一般鋼材加厚改進(jìn)型聯(lián)板和用耐磨性能好的鋼材（含Si、Mn、Cr等合金的40Cr）改進(jìn)型聯(lián)板在蘭新鐵路第二雙線百里風(fēng)區(qū)同一錨段進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，時(shí)間2個(gè)月，每組各10套。

對(duì)比分析：第一組三孔聯(lián)板連接孔與導(dǎo)線固定線夾和連接螺栓仍然出現(xiàn)了較嚴(yán)重的磨損情況，且都是從中心位置向南方向磨損。根據(jù)磨損情況分析，造成的原因是連接處間隙較大、大風(fēng)長(zhǎng)期、階段性的侵襲，導(dǎo)致連接螺栓在三孔聯(lián)板連接孔內(nèi)不停晃動(dòng)造成磨損，隨著間隙不斷加大，磨損越來(lái)越嚴(yán)重。第二組40Cr材質(zhì)連接螺栓和連接孔滑動(dòng)軸套三孔聯(lián)板與導(dǎo)線固定線夾磨損正常。

（3）根據(jù)故障和試驗(yàn)情況分析，大風(fēng)長(zhǎng)期侵襲造成連接部位長(zhǎng)期處于抖動(dòng)磨損狀態(tài)是磨損嚴(yán)重的主要原因，連接處間隙較大、連接件耐磨性能不足是另一原因。

（4）通過(guò)對(duì)材質(zhì)耐磨及強(qiáng)度等性能對(duì)比分析，并根據(jù)國(guó)內(nèi)耐磨鋼材生產(chǎn)情況，選用含Si、Mn、Cr等合金的40Cr材質(zhì)的鋼材生產(chǎn)高強(qiáng)耐磨連接螺栓和連接處滑動(dòng)軸套，同時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和提高生產(chǎn)精度，減小連接件間的間隙。耐磨材料改進(jìn)型三孔聯(lián)板和連接線夾通過(guò)了疲勞試驗(yàn)，經(jīng)受了大風(fēng)期的檢驗(yàn)，在蘭新鐵路第二雙線大風(fēng)區(qū)段推廣運(yùn)用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速鐵路接觸網(wǎng)正饋線防風(fēng)災(zāi)設(shè)計(jì)要根據(jù)線路實(shí)際情況，最大風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮選用最佳組合設(shè)計(jì)方案；高速鐵路接觸網(wǎng)正饋線防風(fēng)災(zāi)措施要根據(jù)線路實(shí)際情況合理選用相應(yīng)配套耐磨材質(zhì)金具；設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理單位要加強(qiáng)檢修和增強(qiáng)搶修能力。

大風(fēng)對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)正饋線的危害非常嚴(yán)重，將嚴(yán)重影響高速鐵路列車安全運(yùn)營(yíng)，造成的損失不可估量，采取有效合理的防風(fēng)技術(shù)措施將大大降低大風(fēng)災(zāi)害對(duì)正饋線造成的危害，確保高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)。

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According to the operation of high-speed railway operation experience and conventional measures, combined with the Lanzhou Xinjiang Railway and frequent second Lanxin railway gale disaster characteristic and the construction experience, discusses the technical measures to solve the positive feeder wind, wind disaster caused by positive feeder fault, cause contact network outage, the safe operation of high speed railway technical problems seriously affected.

strong wind zone; high speed railway; positive Feeders; wind prevention technology

U228.2

B

1007-936X(2014)04-0025-02

2014-01-06

劉玖林.中鐵建電氣化局南方工程有限公司，工程師，電話：18607152566。