大風地區鐵路電力線路防風技術研究

趙海波

【摘 要】鐵路電力線路運行受環境因素影響較大，在大風地區需要重點加強防風技術研究。文章首先對鐵路電路線路受風力的影響進行分析，介紹幾種防風設計的基本措施。在此基礎上，對鐵路電力線路防風技術強化對策進行研究，以期促進鐵路電力線路防風水平的提高。

【關鍵詞】大風地區;鐵路電力線路;防風技術

中圖分類號： TM75 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0187-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.090

0 前言

鐵路電力線路對鐵路運輸安全有直接影響，由于線路在戶外架設，容易受自然環境因素的影響，出現故障問題。其中，大風地區經常由于大風災害，導致鐵路電力線路跳閘，影響鐵路電力設備的正常使用。嚴重時還會出現斷線和導桿的情況，導致列車被迫停運，同時也容易引發安全事故。因此，必須提高對鐵路電力線路防風技術研究的重視。

1 鐵路電力線路受風力影響分析

目前鐵路電力線路多數采用架空線路敷設方式，在大風地區，風力對架空線路的水平傾覆力較大，具體可采用公式P=aDMW0sin2θ進行計算。其中，P為水平方向風壓，a為風速的不均勻系數，D為空氣動力系數，W0為理論風壓，M為受風投影面積，θ為架空線路與風向夾角。理論風壓W0可采用公式W0=（ρ/2）v2進行計算，其中ρ為空氣密度，v為風速。在計算過程中，空氣密度ρ取值為1.2255kg/m3，風速不均勻系數a的取值范圍如表1所示。從上述計算公式中可以看出，當風速越大時，鐵路電力線路水平傾覆力也越大，因此容易發生線路故障及斷線問題。

從以往大風地區鐵路電力線路的運行情況來看，在風力達到6級以上時，發生電力線路跳閘、斷線的情況較多。線路單次停電事故累計時長高達十幾個小時，對鐵路運輸系統的正常運轉產生了嚴重影響。這能夠在一定程度上說明，目前鐵路電力線路自身的抗風設計水平還有待提高，必須提高對鐵路電力線路防風技術研究的重視，從而提升大風地區鐵路電力線路自身的抗風能力。

2 鐵路電力線路防風設計基本措施

針對大風地區電路電力線路可能受到的風力災害影響，鐵路部門在相關建設工程中，已經對線路抗風設計給予了高度重視，并積累了許多設計經驗。目前鐵路電力線路的防風設計措施具體包括：

（1）對絕緣子進行加固，避免在大風天氣下，絕緣子或導線出現上翻的情況。從以往的鐵路運維經驗來看，如果風力等級較大、鐵路電力線路的懸式絕緣子固定不牢固，容易在風力影響下上翻，呈水平狀態，進而導致導線和鐵橫擔容易發生碰撞。在此情況下，會增加開關跳閘的事故發生幾率。因此，需要采取絕緣子加固措施，防止導線上翻，降低大風天氣下的線路跳閘事故幾率。

（2）選擇使用耐張桿，避免絕緣子的瓶頸發生斷裂，或導線被刮斷。比如在某鐵路電力線路中，原采用鋼芯鋁絞線和針式絕緣子固定方式，但在大風天氣下，絕緣子瓶頸多次發生斷裂，進而導致導線發生斷線事故。該線路通過將直線桿改變為耐張桿，使絕緣子瓶頸斷裂現象大大減少，從而降低了電力線路斷線故障幾率。

（3）設計并使用電力遠動系統，對鐵路電力線路的運行狀態進行監控。通過依靠先進技術手段的力量，及時發現大風天氣時電力線路的故障問題，并利用電力遠動系統實現快速定位和診斷，從而為故障檢修爭取時間。在此情況下，能夠將預防措施和檢修措施相互結合，提高鐵路電力線路的抗風能力。在鐵路信息化建設的快速發展下，目前越來越多的電力線路被納入到電力遠動系統中，使電力線路故障排查效率得到大幅度提升。

3 鐵路電力線路防風技術強化對策

3.1 優先采用防風材料

為了進一步提高鐵路電力線路的抗風能力，在電力線路設計過程中，應通過優先采用防風材料，提高其自身的抗風水平。目前許多鐵路已經開始采用抗風能力較強的加強型材料，包括加強型導線、絕緣子、桿塔和金具等。比如通過采用鋼芯鋁絞線，合理選擇導線參數，能夠有效提升線路抗風能力。鋼芯鋁絞線的拉斷力計算公式為F=M1δ1+M2δ2。其中，F為拉斷力，M1和M2分別為鋼芯和鋁芯的截面積，δ1為鋼線延伸量1%的應力值，δ2為95%鋁絞線應力值。相比于普通的電力導線，在同等載流量情況下，鋼芯鋁絞線可以通過增加鋼芯截面積，提高其拉斷力，從而提升導線抗風能力。在加強型桿塔的設計方面，需要確保電線桿和鐵塔能夠適應實際風力條件。目前在鐵路電力線路中應用的加強型電線桿，主要采用預應力混凝土工藝制造，可提高主筋標準強度，配合使用高強度混凝土，提升其自身抗風能力，在大風和寒冷地區使用較多。加強型鐵塔則是基于風荷載的計算結果，對鋼結構進行合理設計，能夠抵抗風速40m/s條件下的傾覆力，自身強度水平較高。此外，還可以通過采用加強型絕緣子材料，提高絕緣子的機械強度和防震性能。目前使用較多的加強型絕緣子采用硅橡膠復合材料制作，具體包括高強度玻璃纖維、硅橡膠、金屬端頭等。經過壓接和硫化工藝成型，不僅自身強度高，而且具有較好的抗蠕變性和抗疲勞斷裂能力，可以適用于大風地區的鐵路線路工況。加強型絕緣子如圖1所示。

3.2 合理設計線路結構

在大風地區的鐵路電力線路結構設計過程中，可以通過適當增大導線的間距，減小電力線路的檔距，提高其自身抗風能力。在以往的鐵路電力線路設計過程中，由于線路檔距過大，會增加導線弧垂，導致線路結構較為松弛，容易在大風中發生碰撞，因此容易發生跳閘和短路故障。通過同時增大導線間距、減小電力線路檔距，能夠有效解決這一問題。在鐵路電力線路的桿塔基礎結構設計方面，可以通過增加埋設深度和卡盤數量，增加桿塔的允許傾覆彎矩，從而降低風力影響。此外，也可以通過提高桿塔基礎強度來提升其抗風能力，避免桿塔在大風中發生傾覆。在架空線路設計過程中，可以通過采用防風拉線，提高桿塔的允許傾覆彎矩。在此基礎上，采取絕緣子加固措施，防止導線與鐵橫擔發生碰撞。總體而言，在大風地區的鐵路電力線路設計過程中，必須對線路結構進行優化，充分考慮線路結構設計細節可能對線路抗風能力產生的影響，通過采取合適的結構形式，提高電力線路的自身抗風能力。目前上述結構設計優化措施已經在實際鐵路電力線路中得到了應用，并取得了較好的效果。

3.3 綜合運用加固措施

鐵路電力線路防風設計需要通過綜合采用加固措施，改善電力線路的薄弱環節，從而降低在大風天氣時發生線路故障的幾率。比如在架空線路設計過程中，可以通過增設橫擔，起到對懸式絕緣子的加固作用，防止因風力侵襲，導致懸式絕緣子出現上翻的情況。針對以往采用直線桿的情況，可采取更換桿型和絕緣子加固的雙重措施，具體可采用針式絕緣子、柱式絕緣子進行固定，降低絕緣子瓶頸斷裂幾率，從而提升電力線路的抗風能力。另外，在風災嚴重地區，還需要對架空線路設計進行充分論證。目前架空線路設計主要按照最大風速30m/s或最大風速25m/s兩個等級進行設計，如果實際風災超過這一等級，架空線則會失去安全儲備能力，在大風中容易出現斷線和倒桿等問題。因此，在風災嚴重地區，可以通過采用電纜敷設方式增加鐵路電力線路的安全儲備值。但是相應的，采用電纜敷設方式的工程造價也會顯著提升，因此需要通過具體的計算加以論證。在可以選擇架空線的情況下，應優先采用上述加固措施，提高其抗風能力，使線路能夠滿足實際使用需求。

3.4 不斷優化運維管理

最后，在努力提升鐵路電力線路自身抗風能力的同時，也需要不斷加強鐵路電力線路運維管理工作，提前部署防風預案，提高電力線路運行的安全性。在此方面，鐵路運維部門需要與氣象部門加深合作，及時獲取氣象預測資料，在大風天氣來臨前，安排好搶險人員及搶險物資。平時應制定緊急搶險預案，一旦在大風天氣中發生嚴重的線路故障問題，要立即啟動搶險預案，控制故障范圍，降低故障損失，并努力縮短故障檢修時間。在此方面，應重點發揮信息化技術手段的優勢，為故障定位、排查提供技術支持。同時應在統一的調度管理下，及時投入人力、物理開展搶修工作，盡可能縮短停電檢修時間。運維人員應熟練使用各種信息化技術軟件，并對責任進行清晰劃分，提高故障檢修效率。在此情況下，可以為鐵路運行安全提供保障。

4 結束語

綜上所述，在大風地區的鐵路電力線路設計過程中，必須充分考慮線路自身的抗風設計要求，對線路結構、材料選用、加固技術等進行優化，使鐵路電力線路具有較強的大風災害抵御能力。在此基礎上，通過在平時加強運維管理，提前做好防護措施，可以為電路電力線路的運行安全性提供保障，從而降低事故發生幾率。

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