大风区段高速铁路正馈线防风技术探讨

刘玖林

大风区段高速铁路正馈线防风技术探讨

刘玖林

根据已运营高速铁路的运营经验和常规采取的措施，结合兰新铁路和兰新铁路第二双线大风灾害频繁的特点和施工经验，对正馈线防风技术措施进行探讨，解决大风灾害造成正馈线故障，引起接触网停电，严重影响高速铁路安全运营的技术问题。

大风区段；高速铁路；正馈线；防风技术

0 引言

由于AT供电方式具有供电电压高，供电臂距离长，防干扰效果好，适应高速大功率电力机车运行等优点，高速铁路牵引供电采用AT供电方式，正馈线一般与接触网支柱同杆架空架设于线路外侧。但是，大风区段风灾害对正馈线影响严重，造成牵引供电停电故障，是高速铁路安全运营的重大隐患。本文根据运营经验和实际施工情况就大风区段正馈线防风问题进行分析探讨，提出解决方案，确保正馈线在大风条件下安全运营。

1 大风对高速铁路接触网正馈线的影响

大风对架空线路的影响主要是风力对架空线形成水平倾覆力：

P = αDMW0sin2θ （1）式中，P为架空线路水平风压；α为风速不均匀系数；D为空气动力系数；M为架空线路受风投影面；W0为理论风压，且W0= (ρ / 2)v2，ρ为空气密度；v为风速；θ为风向与架空线路轴向的夹角。

根据式（1）可见，风速越大，线路水平倾覆力越大。

2 接触网正馈线采取的防风措施

大风对高速铁路接触网正馈线架空线路带来的危害，一般根据线路风速等气象资料采取系列防风措施，以确保线路安全运营。主要采取以下措施：

（1）隧道口或大风区段采用加强绝缘子强度“V”悬挂，防止架空线路上翻和风偏碰撞肩架等接地导电体。

（2）加长悬挂肩架长度，确保架空正馈线与肩架、接触网支柱等带电体的绝缘距离。

（3）减小跨距，可减小大风造成的导线风偏过大，防止绝缘距离不够造成的放电、接地短路故障。增大支柱容量，避免抗弯矩不够造成支柱折断。

3 正馈线防风技术探讨

兰新铁路第二双线大风区段风速高，百里风区最大风速达60 m/s，局部区段大于8级风天数超过200 d。根据大风监测数据显示，大风区段线路北侧风速在挡风墙与北侧接触网支柱间形成扰流区，扰流区风力将加大10%左右，严重时形成风的激励。风的激励引起接触网正馈线大幅度、高频振荡，即大风引起架空线路舞动。因此，解决大风区段接触网正馈线防风灾害技术问题对高速铁路安全运行非常重要。

3.1 提高正馈线线路防风灾能力

（1）正馈线导线、肩架等金具根据线路最大风速风荷载计算，并参照兰新铁路等线路运营情况提高选用标准。导线采用LBGJ300-25绞线，悬垂线夹采用抗疲劳吸能线夹，合金预绞丝防止悬挂点磨损。

（2）绝缘子采用“V”形悬挂，增加悬挂点绝缘子重量，防止大风灾害使绝缘子和导线上翻造成绝缘距离不够、接地短路等故障；“V”形悬挂使导线悬挂点位置相对固定，导线风偏摆动量小。

（3）下锚处接续连接线采用柱式支持绝缘子及绝缘子顶部压板式线夹固定，并有效解决下锚处接续连接跳线在最大风摆动量下的与下锚绝缘子和支柱间绝缘距离。

3.2 在大风灾害严重区段选用电缆

大风灾害严重区段，短距离可采用电缆敷设方式避免大风造成的线路损害。但是接触网正馈线电压27.5 kV，电压等级高，电缆径路需与信号和电力电缆保持一定距离，投资高，运营维护比较困难，长距离电缆线路存在容性电流，需增加补偿装置。

3.3 特别严重区段选择合理走向和路径

大风舞动特别严重区段，正馈线最好选择合理走向和路径，尽可能避免横穿风口等特殊地形区，避免线路走向与舞动频发季节的主要风向相垂直。

3.4 缩短正馈线锚段长度以减小大风灾害事故

适当缩短正馈线锚段长度、加大张力减小预留弛度，可减小大风灾害引起的正馈线舞动、接地短路、断线等故障，缩短事故抢修时间。

3.5 改进连接件的抗磨损性能

（1）今年大风期，乌鲁木齐供电处供电段检修开通运营一年的兰新铁路时，发现正馈线绝缘子“V”形悬挂处三孔联板与连接线夹连接孔以及连接螺栓严重磨损。分析三孔联板连接孔和连接螺栓磨损情况，发现主要是连接孔间隙较大，大风长时间侵袭时造成导线和线夹晃动，间隙处放电烧坏和晃动磨损造成。

（2）在风季，用一般钢材加厚改进型联板和用耐磨性能好的钢材（含Si、Mn、Cr等合金的40Cr）改进型联板在兰新铁路第二双线百里风区同一锚段进行对比试验，时间2个月，每组各10套。

对比分析：第一组三孔联板连接孔与导线固定线夹和连接螺栓仍然出现了较严重的磨损情况，且都是从中心位置向南方向磨损。根据磨损情况分析，造成的原因是连接处间隙较大、大风长期、阶段性的侵袭，导致连接螺栓在三孔联板连接孔内不停晃动造成磨损，随着间隙不断加大，磨损越来越严重。第二组40Cr材质连接螺栓和连接孔滑动轴套三孔联板与导线固定线夹磨损正常。

（3）根据故障和试验情况分析，大风长期侵袭造成连接部位长期处于抖动磨损状态是磨损严重的主要原因，连接处间隙较大、连接件耐磨性能不足是另一原因。

（4）通过对材质耐磨及强度等性能对比分析，并根据国内耐磨钢材生产情况，选用含Si、Mn、Cr等合金的40Cr材质的钢材生产高强耐磨连接螺栓和连接处滑动轴套，同时改进生产工艺和提高生产精度，减小连接件间的间隙。耐磨材料改进型三孔联板和连接线夹通过了疲劳试验，经受了大风期的检验，在兰新铁路第二双线大风区段推广运用。

4 结语

综上所述，高速铁路接触网正馈线防风灾设计要根据线路实际情况，最大风荷载进行计算，综合考虑选用最佳组合设计方案；高速铁路接触网正馈线防风灾措施要根据线路实际情况合理选用相应配套耐磨材质金具；设备运营管理单位要加强检修和增强抢修能力。

大风对高速铁路接触网正馈线的危害非常严重，将严重影响高速铁路列车安全运营，造成的损失不可估量，采取有效合理的防风技术措施将大大降低大风灾害对正馈线造成的危害，确保高速铁路安全运营。

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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

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

2014-01-06

刘玖林.中铁建电气化局南方工程有限公司，工程师，电话：18607152566。