关于对张大客专高速铁路接触网线索防风对策的探讨

尧军峰YAO Jun-feng

（大秦铁路股份有限公司大同西供电段，大同 037000）

0 引言

随着中国高铁网日趋完善，人民对高铁出行体验要求，使得高铁的运行安全就更加重要，张大客专自建成以来，经常面临北方扬沙大风天气的影响，供电接触网的外部环境压力巨大，开通不长时间，就发生一起因风断线故障，引起了对接触网线索受风摆动问题的高度重视，为此针对张大客专的因风造成线索距离动态变化引发安全问题进行了分析研究解决对策。

1 风对接触网的影响

架空接触网是属于室外固定设施，受外界自然环境的影响非常大，自高铁建设以来，因外部环境引发的高铁故障占比非常高，在这些外部影响下，容易引起断线故障的，属风的影响比较突出。大风天气，空气流动形成的气流与地表的摩擦会引起地表附近的气流速度发生变化，风洞试验表明，线路路堤对风存在垂直约束，致使风速增加，在接触悬挂附近，风速可达到平地同样高度风速的1.2~1.5 倍。接触网在受风影响下会发生剧烈摆动，触发线索安全距离不足时会引起放电，从而容易造成线索烧伤断线的问题，导致停电中断行车。

2 易造成线索距离不足的关键

高铁接触网架设线索在风摆情况下，容易引发距离不足导致线索相磨和线索放电两类问题。主要表现有：①接触悬挂两支承力索交叉处所距离不足，在风摆条件下发生相磨；②接触网支持装置保护跳线弛度过大，在风摆条件下与带电侧距离不足；③附加悬挂线索及其连接引线存在互相交叉，在风摆条件下距离不足。

在这三种情况下，前两种问题比较简单，我们往往在施工组织时通过严格工艺标准施工安装，以及增加保护线索措施就可以消除距离不足带来的风险。但是第三种情形时，由于涉及线索空间结构布局，在有限的空间位置架设多条线索，往往容易出现考虑不充分的情况，隐蔽问题易形成，直观检查难发现，人工动态拉拽试抽验难覆盖，这时就容易出现问题。

3 张大客专的接触网线索问题

3.1 最初设计时的风速考虑不周全

张大客专沿线属中温带亚干旱气候区，干旱少雨，夏季炎热，冬季严寒，昼夜温差大，全线属寒冷地区，在春、秋两个季节大风高发。由于张大客专线路规划较早，设计之初考虑的参考气象数据选取的是2004 年至2013 年的数据，如表1 所示。

表1 2004 年-2013 年气象数据

接触线风偏设计风速按机车允许上线运行的最大风速选取；结构设计风速参照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 选取沿线相关地区的基本风压，并根据《铁路电力牵引供电设计规范》TB10009-2016 中表5.5.10-1、5.5.10-2 的要求进行风荷载体型、风压高度变化等系数修正。隧道外结构设计风速为30m/s，隧道内结构设计风速为49m/s。

但是在2019 年开通后发生一起9 级扬沙大风，受大风影响，造成附加线在风摆后线索距离不足引起断线跳闸故障，通过调阅2020 至2021 年间风速采集监测的风速值，发现结果线路实际气象条件远远比2004 年-2013 年的更加恶劣，具体见表2 所示。

表2 2020 年-2021 年风速监测表

从表2 中可以看出，张大客专沿线最高风速已高达26.7m/s，非常接近30m/s（10 级大风）。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的附录E2.3 规定：选取年最大风速时，一般应有25 年以上的风速资料，通过平均法、变通法、数理统计法等统计方法选取最大设计风速。接触网的线索和设备必须能够承受所在区域50 年一遇的特大强风，因此需要通过数理概率统计出的50 年一遇的最大风速值，一般高速接触网的结构设计风速按50m/s 取值。

为此，我们发现设计存在统计气象数据不全面，风速取值参考偏小的问题。

3.2 附加线索设计安装间距考虑不足

张大客专线路支柱未单独设置附加线支柱，正馈线、供电线、保护线、避雷线等附加线采取的是同支柱架设，由于分相隔离开关上网点附近区域线索架设较多，受空间限制，线索及引线等存在一定的交叉，容易存在距离不足的安全风险，另外所亭馈出的供电线、正馈线等在转角分布时，也容易存在引线距离不足问题，主要表现在以下几个方面：

3.2.1 隔离开关接触网（T 线）上网引线与避雷线动态距离不足

隔离开关接触网上网引线弛度较大，与避雷线测试动态最小距离不足300mm，如图1 所示。

图1 接触网引线与避雷线动态距离不足

3.2.2 隔离开关正馈线（F 线）上网引线与避雷线动态距离不足

①避雷线安装位置距离隔离开关底座垂直距离小。避雷线安装于正馈线隔离开关底座下部，部分距离隔离开关底座距离约100mm，与正馈线引线等高处所水平静态距离约600mm，现场模拟在正馈线发生较大风摆时无法保证安全距离，如图2 所示。

图2 正馈线引线与避雷线动态距离不足

②正馈线引线距离支柱水平动态距离不足。隔离开关设备线夹顺线路方向安装，同时在直线区段正馈线肩架均采用1350mm 长的短肩架，正馈线引线在空间上整体与支柱水平距离较小，在风摆剧烈时极易与内侧线索动态间距不足，如图3 所示。

图3 引线与隔离开关底座动态距离不足

3.2.3 正馈线隔开引线空间布局不合理

正馈线上网隔离开关引线从避雷线与保护线中间穿越，导致正馈线引线与保护线、避雷线空间距离不好设置，容易存在动态距离不足问题，如图4 所示。

图4 正馈线引线在保护线与避雷线之间穿越

3.2.4 所亭馈出供电线（T 线）与正馈线（F 线）架设层次不合理

所亭馈出的供电线和正馈线在钢柱转角上下分布不合理，导致转角处引线与另一耐张线存在上下交叉，动态距离不足，如图5 所示。

图5 钢柱一侧馈线转角与另一线引线存在交叉

4 接触网防风解决对策

4.1 调整隔离开关引线压板方向

将隔离开关引线压板朝向，由顺线路方向改为垂直线路方向，以增加隔离开关引线距离避雷线或支柱的距离，如图6 所示。

图6 调整隔离开关引线压板朝向

4.2 调整支柱悬挂避雷线的柱式绝缘子位置

通过调整悬挂避雷线的柱式绝缘子位置，调整后其中心距离支柱中心约为400mm，以及对正馈线肩架进行延长，改为增长肩架，肩架底座长度为800mm，装在避雷线悬挂点高300mm 或低300mm 处。现场可根据实际情况灵活选取，首选安装在上部，若现场与开关底座冲突或太近，可改为下部安装。安装后保证避雷线距其不小于300mm，确保正馈线与避雷线空间距离足够，引线动态距离能够得到保证。安装后应核实零件间的绝缘距离满足要求。电连接引线安装均应满足各项绝缘距离要求，并考虑承力索（附加线）导线随温度变化时的伸缩量对连接引线的要求，如图7 所示。

图7 调整悬挂避雷线的柱式绝缘子位置

4.3 支柱上增加固定正馈线引线用的支撑绝缘子

通过在支柱上增加固定正馈线引线用的支撑绝缘子，包括一个底座长度为800mm 的增长肩架。安装位置比避雷线悬挂点低200mm。安装后保证避雷线不与任何其他设备冲突。对有正馈线引线连接处，正馈线悬挂高度不变，将悬挂方式改为V 拉形式，减少正馈线摆动，确保正馈线不与其他线索发生动态距离不足问题，如图8 所示。

图8 调整正馈线引线弛度

4.4 穿越正馈线引线与保护线间的避雷线进行拆除

由于牵引变电所出所分相处，正馈线引线、保护线、避雷线存在空间交叉，难以实现空间距离调整，需要对避雷线进行拆除，以消除正馈线引线对避雷线距离不足引发放电的问题。

4.5 调整所亭馈出线转角处线索及引线间距

通过在支柱上增加固定正馈线引线用的支撑绝缘子，使得引线与供电线（或正馈线）的动态距离足够。同时在相交处所增加绝缘子进行支撑或通过调整正馈线与供电线的层次分布，在转角处不形成交叉，则可解决线索距离不足问题。

5 结论

通过对张大客专现实存在的受风影响的问题，对照接触网工程设计规范，以及现场采集的风速值进行评估分析，找出问题，并在改进后验证。截至目前，张大客专未发生一起因大风天气导致的线索距离不足引发的跳闸问题。

为此我们总结出高铁接触网设计考虑风对接触网影响需要注意的两个方面，为今后高铁新线建设或介入施工提供经验参考。一是高铁接触网的线索安全距离必须在初始设计时进行详细的数据调研，根据详细的气象数据进行数理分析，按照接触网的最大条件考虑，在资料不齐全计算不够精准的条件下，风速值取值宜高不宜低，以满足50年一遇的特大强风；二是高铁接触网附加线索设计有多条附加线同杆架设时，要充分考虑线索的空间布局，尽量减少不必要的线索交叉，遇有线索交叉时必须充分考虑各线索间是否满足动态的距离要求，尤其是在远动隔离开关、所亭出所的T 线、F 线等关键处所，要充分进行结构布局分析，设计特殊的安装结构图，并明确各类引线的固定方式和弛度要求。