辽东半岛气象条件与铁路电力工程非典型性研究

徐凯鸿

摘要:通过对大风、雨雪、多雷天气对电力工程影响的研究分析，结合盘锦港疏港铁路电力设计提出技术方案，以期提高铁路电力系统的安全可靠性，增强铁路电力设施防害减灾的能力。

关键词:铁路电力系统；电力线路；防风技术；防雷措施；冰雪灾害

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

电力设施是铁路系统的重要基础设施，对确保铁路运输生产安全有重要作用。但铁路电力设施尤其是户外架空线路，在运行中受风、雪、雨、雷、温度等多种自然因素的影响，时严重影响架空线路的安全运行并影响铁路运输。因此，寻求有效地线路防护保护措施， 一直是电力工作者关注的问题。本文以盘锦港疏港铁路为例，在辽东半岛铁路建设过程中对技术与方案进行了研究，其结果对对提高铁路供电和运输安全的可靠性具有重要现实意义。

一、辽东半岛地理条件概述

本地区属暖湿带大陆性季风气候区，主要受季风环流支配，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季闷热潮湿，雨季多在七、八月份。年平均温度9.4℃，极端最低气温-29.9℃，极端最高温度34.8℃，年平均降水量632.8mm，年平均蒸发量1535mm。年平均风速3.0m/s，大积雪厚度20cm，土地标准冻结深度为103cm。

盘锦地区气象参数见下表1。

表1气象参数表

二、有关主题工程概况

1、线路地理位置和径路

线路位于辽东半岛沿海城市群和沈阳中部城市群交汇处的盘锦市境内，是主要服务于盘锦辽滨沿海经济区的铁路线，拟由沟（帮子）海（城）线渤海站海城端引出，向南经大洼县、田庄台镇至盘锦港，线路全长47.53km。线路在沟海线接轨后向西经沟海线并通过沈山线、大郑线、京哈客专可辐射到关内及内蒙广大地区，向东可通过沈大线、沈吉线与东北地区进行交流，为完善港口后方通道，扩大盘锦港口的辐射范围提供了快速、便捷的集疏条件。

2、铁路供电方案

全线架设为铁路负荷供电的贯通线（截面为70mm2），供沿线车站及区间小型动力照明用电。在渤海站设立电力远动间，电力远动间内设置贯通线分段开关，预留新建贯通线接于既有沟海贯通线条件。

（1）高压线路

高压线路（电力贯通线、配电所电源线等）一般采用架空方式，路径困难或有特殊要求的场所采用电缆敷设。考虑本线地处沿海区域，故架空线路导线采用防腐型，高压电缆采用YJV22-10kV型。

（2）低压线路

车站低压供电线路一般采用电缆敷设。低压电缆采用VV22-1kV型。

三、气象条件对铁路电力系统的影响分析

根据辽东半岛气象条件，对铁路电力设施的主要影响为冰雪、大风及雷暴。常会引起线路的跳闸、断线、倒杆、导线舞动、绝缘子闪络、通信中断等事故。社会影响巨大，并带来巨大经济损失。

1、冰雪对铁路电力系统造成的影响

(1)严重覆冰使树木倾覆，侵入铁路配电所电源线、铁路10kV自闭贯通线等，造成铁路电力线路倒杆、断线，并引起短路、接地或断路故障而断电。

(2)铁路配电所电源线、10kV贯通线等铁路电力线路由于严重覆冰造成电杆开裂、倒杆、横担金具扭曲、瓷瓶炸裂、断线等，进而引起短路、接地或断路故障。

(3)10kV贯通线短路后自动装置动作投入不成功，为了应急供电反复手动投入，造成调压器多次受短路电流冲击而损坏。

(4)户外变压器由于严重覆冰后发生电气短路，造成变压器损坏。

(5)户外设备(例如隔离开关、负荷开关等)由于严重覆冰冻住，甚至扭曲，设备无法正常运行、操作，造成故障区段无法隔离，使得电气故障面扩大。

2、强风对铁路电力系统造成的影响

（1）遭大风侵袭过程中，风区中的电力贯通线悬式绝缘子被大风卷起成水平状态，造成导线与铁横担碰撞，导致开关跳闸。

（2）贯通线针式绝缘子瓶颈断裂及导线被大风刮断。

3、雷击对铁路电力系统造成的影响

（1）沿线水渠密布，部分困难地段出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。从而引起高压送电线路绕击，导致线路跳闸。

（2）塔顶电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，即Uj＞U50%时，导线与杆塔之间就会发生反击闪络，导致线路跳闸。

4、气象因素对铁路电力系统的间接影响

（1）地方各类电压等级的电力架空线路由于严重覆冰及强风天气，导致杆塔倾覆、电力导线断线等，造成与其交叉或邻近的铁路电力线路倒杆、断线，并引起短路、接地或断路故障而断电。

（2）由于地方电网因灾故障，引起铁路电源线停电，造成铁路配电所，变电所断电。

四、铁路电力系统应对辽东半岛气象特征的措施

针对各种气象条件给铁路电力线路带来的严重危害，除强化管理、加强巡检及对电力线路定期检修外，还应在设计及施工阶段，采取一系列行之有效的措施，将气象条件给电力线路带来的危害降低到最低程度，以确保铁路电力设施安全可靠运行。

1、铁路电力系统应对冰雪灾害的对策

（1）10kV电力贯通线采用全电缆方案

有条件时，采用全电缆方案能够基本避免各种不利因素(大风、雨雪、洪水、交叉跨越、树木侵害、外力破坏等)对铁路贯通线的影响，供电可靠性高。

（2）适当提高铁路电力架空线路的建设标准

在项目建设过程中适当提高电力架空线路建设标准，与国家电网公司建设标准保持一致，将110~330kV电力线路气象条件重现期由15年提高到30年一遇；10~35kV电力线路气象条件重现期由10年提高到15或30年一遇。对重要线路和特殊区段采取差异化设计，提高安全设防水平，确保供电设施的安全可靠。

对于跨越铁路的35 kV及以上电力线路应采用独立耐张段，杆塔结构重要性系数取1.1，要求35kV~330kV线路重现期由15年提高到30年一遇，或者要求采用电缆过轨。500kV线路由30年提高到50年，杆塔离铁路的距离应满足对倒杆距离要求。

(3)变电设备入户

据不完全统计，当冰雪天气严重时，室外杆架式变电台损毁严重，很多是由于覆冰后造成短路，将杆架式变台改为箱式变电站或室内变电所可提高抗击恶劣天气的能力。

（4）优化户外开关等设备

采用新型防冻设备或设计为室内安装，以提高其适应恶劣天气的能力。

（5）增强铁路应急电源配置

针对雪灾中地方电网停电事故频发，造成铁路配电所失电，因此有必要设置铁路应急电源。在车站设置低压柴油发电机，作为特别重要的一级负荷的应急电源。

（6）电力线路融冰方案

要加强防冰抗冰技术的研究和推广工作。通过采用先进技术，实现安全、高效的防冰抗冰，从而保证系统安全供电和故障后快速恢复供电。

2、铁路电力系统应对强风的对策

（1）贯通线采用全电缆线路

我国架空线路设计时选取的最大风速为30、25m/s两级。根据相关资料，风力超过12级时，最大风速达30m/s以上，超过了架空线路设计时选取的最大风速，即风力特别大时，架空线路自身已不具备抗风能力就可能发生断线、倒杆等事故。大风灾害特别严重的地区，电力线路采用电缆敷设方式就可有效地避免特大风力对电力线路的破坏，确保可靠供电。

（2）采用加强型材料

采用加强型材料可提高铁路电力线路的自身抗风能力，加强型材料主要有加强型导线、加强型杆塔、硅橡胶复合绝缘子及其他加强型金具，以增加线路强度。