大風區段高速鐵路正饋線防風技術探討

劉玖林

大風區段高速鐵路正饋線防風技術探討

劉玖林

根據已運營高速鐵路的運營經驗和常規采取的措施，結合蘭新鐵路和蘭新鐵路第二雙線大風災害頻繁的特點和施工經驗，對正饋線防風技術措施進行探討，解決大風災害造成正饋線故障，引起接觸網停電，嚴重影響高速鐵路安全運營的技術問題。

大風區段；高速鐵路；正饋線；防風技術

0 引言

由于AT供電方式具有供電電壓高，供電臂距離長，防干擾效果好，適應高速大功率電力機車運行等優點，高速鐵路牽引供電采用AT供電方式，正饋線一般與接觸網支柱同桿架空架設于線路外側。但是，大風區段風災害對正饋線影響嚴重，造成牽引供電停電故障，是高速鐵路安全運營的重大隱患。本文根據運營經驗和實際施工情況就大風區段正饋線防風問題進行分析探討，提出解決方案，確保正饋線在大風條件下安全運營。

1 大風對高速鐵路接觸網正饋線的影響

大風對架空線路的影響主要是風力對架空線形成水平傾覆力：

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

根據式（1）可見，風速越大，線路水平傾覆力越大。

2 接觸網正饋線采取的防風措施

大風對高速鐵路接觸網正饋線架空線路帶來的危害，一般根據線路風速等氣象資料采取系列防風措施，以確保線路安全運營。主要采取以下措施：

（1）隧道口或大風區段采用加強絕緣子強度“V”懸掛，防止架空線路上翻和風偏碰撞肩架等接地導電體。

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

（3）減小跨距，可減小大風造成的導線風偏過大，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 正饋線防風技術探討

蘭新鐵路第二雙線大風區段風速高，百里風區最大風速達60 m/s，局部區段大于8級風天數超過200 d。根據大風監測數據顯示，大風區段線路北側風速在擋風墻與北側接觸網支柱間形成擾流區，擾流區風力將加大10%左右，嚴重時形成風的激勵。風的激勵引起接觸網正饋線大幅度、高頻振蕩，即大風引起架空線路舞動。因此，解決大風區段接觸網正饋線防風災害技術問題對高速鐵路安全運行非常重要。

3.1 提高正饋線線路防風災能力

（1）正饋線導線、肩架等金具根據線路最大風速風荷載計算，并參照蘭新鐵路等線路運營情況提高選用標準。導線采用LBGJ300-25絞線，懸垂線夾采用抗疲勞吸能線夾，合金預絞絲防止懸掛點磨損。

（2）絕緣子采用“V”形懸掛，增加懸掛點絕緣子重量，防止大風災害使絕緣子和導線上翻造成絕緣距離不夠、接地短路等故障；“V”形懸掛使導線懸掛點位置相對固定，導線風偏擺動量小。

（3）下錨處接續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連接跳線在最大風擺動量下的與下錨絕緣子和支柱間絕緣距離。

3.2 在大風災害嚴重區段選用電纜

大風災害嚴重區段，短距離可采用電纜敷設方式避免大風造成的線路損害。但是接觸網正饋線電壓27.5 kV，電壓等級高，電纜徑路需與信號和電力電纜保持一定距離，投資高，運營維護比較困難，長距離電纜線路存在容性電流，需增加補償裝置。

3.3 特別嚴重區段選擇合理走向和路徑

大風舞動特別嚴重區段，正饋線最好選擇合理走向和路徑，盡可能避免橫穿風口等特殊地形區，避免線路走向與舞動頻發季節的主要風向相垂直。

3.4 縮短正饋線錨段長度以減小大風災害事故

適當縮短正饋線錨段長度、加大張力減小預留弛度，可減小大風災害引起的正饋線舞動、接地短路、斷線等故障，縮短事故搶修時間。

3.5 改進連接件的抗磨損性能

（1）今年大風期，烏魯木齊供電處供電段檢修開通運營一年的蘭新鐵路時，發現正饋線絕緣子“V”形懸掛處三孔聯板與連接線夾連接孔以及連接螺栓嚴重磨損。分析三孔聯板連接孔和連接螺栓磨損情況，發現主要是連接孔間隙較大，大風長時間侵襲時造成導線和線夾晃動，間隙處放電燒壞和晃動磨損造成。

（2）在風季，用一般鋼材加厚改進型聯板和用耐磨性能好的鋼材（含Si、Mn、Cr等合金的40Cr）改進型聯板在蘭新鐵路第二雙線百里風區同一錨段進行對比試驗，時間2個月，每組各10套。

對比分析：第一組三孔聯板連接孔與導線固定線夾和連接螺栓仍然出現了較嚴重的磨損情況，且都是從中心位置向南方向磨損。根據磨損情況分析，造成的原因是連接處間隙較大、大風長期、階段性的侵襲，導致連接螺栓在三孔聯板連接孔內不停晃動造成磨損，隨著間隙不斷加大，磨損越來越嚴重。第二組40Cr材質連接螺栓和連接孔滑動軸套三孔聯板與導線固定線夾磨損正常。

（3）根據故障和試驗情況分析，大風長期侵襲造成連接部位長期處于抖動磨損狀態是磨損嚴重的主要原因，連接處間隙較大、連接件耐磨性能不足是另一原因。

（4）通過對材質耐磨及強度等性能對比分析，并根據國內耐磨鋼材生產情況，選用含Si、Mn、Cr等合金的40Cr材質的鋼材生產高強耐磨連接螺栓和連接處滑動軸套，同時改進生產工藝和提高生產精度，減小連接件間的間隙。耐磨材料改進型三孔聯板和連接線夾通過了疲勞試驗，經受了大風期的檢驗，在蘭新鐵路第二雙線大風區段推廣運用。

4 結語

綜上所述，高速鐵路接觸網正饋線防風災設計要根據線路實際情況，最大風荷載進行計算，綜合考慮選用最佳組合設計方案；高速鐵路接觸網正饋線防風災措施要根據線路實際情況合理選用相應配套耐磨材質金具；設備運營管理單位要加強檢修和增強搶修能力。

大風對高速鐵路接觸網正饋線的危害非常嚴重，將嚴重影響高速鐵路列車安全運營，造成的損失不可估量，采取有效合理的防風技術措施將大大降低大風災害對正饋線造成的危害，確保高速鐵路安全運營。

[1] 仝健明.耐磨鋼研究進展[J].水利電力機械，2003，25（2）：29-35.

[2] 羅麗軍.國外高強度耐磨鋼生產概述[J].寬厚板，2008，14（3）：46-49.

[3] 拉有玉，李永樂，何向東.蘭新鐵路第二雙線防風技術及工程設計[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2010，23（4）：104-108.

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。