铁路专用线工程接触网设计中若干问题的探讨

郭红星

(中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司,西安　710054)



铁路专用线工程接触网设计中若干问题的探讨

郭红星

(中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司,西安710054)

摘要：为了使铁路专用线及其接轨站接触网设计既满足技术先进性、又兼顾合理性与经济性,紧密结合既有接触网实际情况,对设计中的接触线悬挂点高度选择、专用线牵引供电方式选择、既有接触网分相迁改以及专用线接触网故障切除等重要问题进行深入分析与讨论,提出相关问题的解决方案,从而使设计更加合理、优化。

关键词：铁路专用线；接触网；设计

铁路专用线是由企业修建并接轨于国家铁路或者其他铁路线路的岔线，其主要作用是：使货物在企业厂区与其临近国铁或其他铁路车站之间无须汽车转送而直接进行接收与发送。与汽车转送相比，由于铁路专用线运输具有安全、快捷以及低成本等特点，所以越来越多的工业企业计划修建自己的铁路专用线来运输其原料与产品，而我国大部分线路已经实现了电气化，因此铁路专用线工程接触网配套设计也越来越多。铁路专用线工程中的接触网设计与一般的国铁接触网设计有很大不同，其主要表现在：铁路专用线接触网设计必须结合既有接触网情况来制定技术标准与方案，需要既满足技术先进性又兼顾经济性，而且还需要考虑与站场、信号等专业之间的相互协调与配合问题，因此要考虑的问题比新建接触网设计要多并且复杂。笔者通过总结近年来数条专用线接触网的设计实践，就铁路专用线工程接触网设计中的若干设计问题进行探讨。

1接轨站接触线悬挂点高度设计及探讨

《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005)[1]中第5.1.4条规定：编组站、区段站等配有调车组的线、站，接触线距轨面的最低高度正常情况下可不小于6 200 mm，确有困难时不应小于5 700 mm。目前，很多配有调车组车站的接触线悬挂点高度一般均为6 450 mm。这是因为，我国早期的电气铁路中大部分站线采用的是简单悬挂，而设计规范中第5.1.8条规定：链形悬挂的接触线弛度不宜大于150 mm，简单悬挂的接触线弛度不宜大于250 mm。显然，对于早期配有调车组的车站来说，其接触线悬挂点高度选择6 450 mm是因为受到了大量简单悬挂的制约。然而，随着我国电气化铁路事业的不断发展，简单悬挂类型已不再设计，既有简单悬挂在经过大修之后大部分也已经被改造为链形悬挂。因此，目前国铁接触网大部分车站不存在简单悬挂，即便个别车站存在，其简单悬挂的数量也是很少的。所以，目前在专用线接轨站的接触网改造设计中，只需要按链形悬挂的接触线弛度(150 mm)来确定接触线悬挂点安装高度即可，而不必按简单悬挂的接触线弛度来考虑，这样就可以使接触线悬挂点安装高度降低100 mm，而这对减轻支柱负载、缩小导高由车站向区间降低时的降坡范围都有积极作用。以上解决了接轨站接触网改造中接触线弛度选取问题，但接触线悬挂点的高度还需要根据车站实际情况来进行具体分析，一般来说有以下几种情况。

(1)接轨站以前没有配调车组，引入专用线后也不配备调车组，则接触线悬挂点高度可维持既有不变。

(2)接轨站以前就配有调车组，则引入专用线后接触线悬挂点高度可维持既有不变，或可以根据实际情况由6 450 mm降至6 350 mm。

(3)接轨站以前没有配调车组，引入专用线需要新配备调车组，此时则需要慎重考虑接触线悬挂点高度是否抬高至正常情况下的6 350 mm，因为抬高接触线悬挂点高度有可能会引起腕臂柱高度不够，也可能会引起个别软横跨负载超过设计规定的容量。此时，接触线悬挂点高度可保持既有不变或略作抬高，但无论如何要使接触线悬挂的最低点达到5 700 mm，以满足设计规范的要求。

2专用线牵引供电方式设计及探讨

在我国，电气化铁路牵引供电方式[2]主要有：直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、直供加回流供电方式。其中，BT供电方式目前已基本退出应用，而AT供电方式由于结构复杂、保护和维护难度较大，同时造价也比较高，所以无论从技术还是经济角度来看都不适合专用线接触网采用。因此，适合专用线的供电方式就仅有直接供电与直供加回流供两种方式。

一般来说，当国铁牵引供电方式为直接供电方式时，专用线牵引供电方式就选直接供电方式；当国铁牵引供电方式为AT供电方式时，专用线牵引供电方式就选直接供电方式，但由于AT供电方式中架设的PW线具有绝缘破坏时启动保护调闸、减小电磁干扰及防雷作用[3]，所以该方式下专用线应架设与国铁相同的PW线，并与国铁的PW线可靠连通。但是，当国铁牵引供电方式为直供加回流供电方式时，专用线牵引供电是选择直供加回流供电方式还是直接供电方式，则除了考虑专用线长度、车流密度、所处地理环境等自身情况外，还需要重点考虑信号专业的轨道电路分布情况，因为轨道电路的分布与接触网的回流线及吸上线的设置之间有着密切的关联关系。下面就不同情况下专用线供电方式的选取来进行分析与探讨。

(1)对于近远期每日接发列车对数很少的专用线，由于电力机车在专用线内的取流时间很短，对周围的通信产生的干扰时间很短，可以考虑采用直接供电方式，以节约投资。

(2)对于大部分线路处于路堑地段的专用线，接触网牵引电流对周围的通信干扰相对较小，也可以考虑采用直接供电方式。

(3)对于近期或远期每日接发列车对数很多的专用线，当专用线长度大于2个轨道电路长度时，宜采用直供加回流的供电方式，以减少对通信的干扰；但当专用线长度小于2个轨道电路或2个闭塞区间长度时，就要慎重选择使用直供加回流供电方式。这是因为，若采用直供加回流的供电方式[4]，在专用线内必须至少设置1处吸上线，否则即使架设了回流线也起不到回流及消除电磁干扰的作用，而《铁路信号设计规范》(TB10007—2006)[5]13.3.6条中规定“相邻吸上线的安装间距不得小于两个闭塞分区。”因此，当专用线采用直供加回流供电方式时，接触网专业必须与信号专业密切配合，当设置的吸上线与信号专业的规定发生冲突时，就只能采用直接供电方式[6]。

3专用线工程中的接触网分相迁改设计及探讨

在专用线工程的接触网设计中，有时会遇到接轨站存在站外有分相的情况，若车站线路改造时最外侧道岔的位置不发生变化，则进站信号机的位置一般也不会变，此时站外分相可以保持既有位置不变。然而，当最外侧道岔的位置发生变化时，则一般会引起进站信号机位置的变动，从而引起进站信号机与站外分相之间的距离发生变化。

《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005)中第5.4.10条规定“接触网分相装置距进站信号机的距离不应小于300 m，并不宜设在大于6‰的大坡道地段。”其主要目的是为了确保列车低速进站或因车站技术作业原因必须停留而重新启动时，列车不应停滞在接触网中性段内。因此，按照设计规范，当信号专业提供的进站信号机位置与分相间距离小于300 m时，设计通常会将分相向区间方向迁改。但是，当进站信号机向区间方向300 m内就出现较长隧道时，则分相迁改至距信号机300 m以外就很难实现，因为分相迁改时需要将上网隔离开关同时迁改，而既有隧道内一般情况下不会预留开关洞。当出现这种情况时，分相的迁改设计就成为了一个值得分析与探讨的问题。笔者根据自己的设计实践，提出了如下的综合解决方案，具体为：

(1)与站线专业进行沟通，尽量减小道岔的外移量；

(2)与信号专业进行沟通，使信号机向站外的移设距离尽可能最小；

(3)调查分相所在处较大范围内线路坡度情况后，若发现列车进站时全部或大部分位于坡度较大的的长距离下坡，则可以考虑分相与进站信号机之间的距离小于300 m。因为根据机车车辆相关知识，当坡道超过一定坡度(约3‰)时，机车车辆不用动力就可以下滑。因此，即使电分相距离进站信号机小于300 m，也可以保证列车低速进站或临时停留等候而重新启动时，列车不会停滞在中性段内。

例如：在陇海线铁门车站专用线工程中，既有接触网下行分相位于西安方向，并且距下行反向进站信号机352 m，完全满足设计规范中提出的300 m距离要求。然而，由于铁门车站改扩建引起西安方向的渡线向站外移动67 m，从而引起信号机相应向站外移设，经信号专业计算，信号机最小移设距离为57 m，移设后距既有分相295 m，显然不满足设计规范中的一般要求。但经仔细研究分相所在处的线路坡度，发现该分相位于坡度为8.4‰的坡道上，并且对进站机车来说是大下坡，此时机车自身重力产生的下滑力远超其与钢轨间的摩擦力。因此，即使机车在通过该分相时速度很低或临时停车，也不会导致机车意外停滞在中性段内而发生安全事故。据此，本工程在接触网迁改设计时，可以不对该分相进行迁改设计，这不但可以节省投资，而且还可以减少本工程对铁路运输的影响。

4专用线接触网故障切除设计及探讨

由于专用线属于岔线，为了其内部接触网停电检修方便，同时也为了故障时能将其供电从国铁供电系统中切除出去，以缩小事故范围，按照设计规范的要求，专用线接触网应进行单独电分段[7]设计。

对于早期修建的专用线，由于铁路对供电安全要求不是很高，其电分段通常仅采用一组分段绝缘器加一台隔离开关的形式来实现[8]。这种方式下，当专用线内接触网发生永久性接地故障时，由于隔离开关不能自动切除对专用线内接触网的供电，从而使得专用线内的故障无法立即从国铁牵引供电系统中切除，这样一来就延长了国铁接触网的故障断电时间，同时对故障点的查找也带来不便。然而，现行的铁道部令第29号《铁路技术管理规程》[9]第154条规定“牵引供电设备应保证不间断行车可靠供电”。因此，铁路供电部门对接触网供电可靠性提出了标准更高的新要求，即：当专用线接触网出现故障而导致国铁供电系统停电时，必须能够比较快速地对其进行切除。于是，伴随着新技术、新设备的不断推广与应用，带远动控制的电动隔离开关以及开关站等先进设备被大量用于专用线接触网，以实现故障快速处理，其中开关站还具有智能切除故障的功能。但是，由于每个专用线有不同的具体情况，而且不同的故障切除装置各方面情况也不相同，所以在具体设计时应当综合考虑技术、造价等各方面的因素，从而使设计在满足要求的情况下做到更加合理、经济。笔者根据数条专用线接触网的设计实践，对其故障快速处理方面的设计提出了自己的设计思想与建议，具体如下。

(1)当专用线接轨站有分区所[10]并且分区所内有预留间隔时，则可以从预留间隔出1条馈线为专用线接触网供电，此时其保护可以方便地通过分区所纳入整个继电保护系统，从而实现专用线接触网故障的快速切除。该方案一般需增加1台隔离开关与断路器，其优点是造价低、易于管理和维护，是设计在可行性研究阶段应该首先要考虑的方案。

(2)当专用线接轨站没有分区所，或者有分区所但所内没有空闲间隔时，则专用线接触网需要考虑采用带远动控制的电动隔离开关方案[11]或开关站方案来实现故障的快速切除。然而，设计时到底采用哪种方案，则需要根据专用线的实际情况来确定。

一般情况，对于接触网挂网距离较短(约2 km)且接发车很少的专用线，由于其接触网距离短因而故障率低，同时短距离的接触网对故障的发现与处理也极为有利，因此，这种情况下采用带远动控制的电动隔离开关方案即可。这是因为，当专用线接触网发生故障引起变电所主断路器跳闸后，变电所的故障监测装置可以判断出故障的大致范围，若专用线接触网处于故障范围内，则可以首先利用远动方式打开专用线首端的电动隔离开关后再手动合闸送电，若送电成功则实现了专用线故障的快速切除，同时可判定故障点位于专用线内，并立即派人去查找和处理故障。由于专用线较短，接触网故障能被较快地发现并去除，从而使专用线也能快速地恢复供电。另外，从投资角度来看，该方案的投资也不是很大。

但是，对于接触网挂网距离长并且比较繁忙的专用线，由于其接触网故障率相对较高，此时若继续采用带远动控制的隔离开关方案，可以做到专用线接触网故障从国铁上切除并使国铁接触网恢复送电，但由于专用线距离长、范围大，将导致使故障点查找比较耗时，从而使得专用线接触网不能很快送电通车，这会引起进出专用线的列车积压，不但对国铁运输组织带来很大影响，而且还会影响专用线内的正常生产。然而，若采用开关站方案，由于开关站除了具有快速切除专用线内接触网故障的功能，更重要的是能够比较准确地定出专用线内故障点的位置，并实时将信息传给调度控制中心，从而能够较为快速地找到并排除专用线内的故障。综上所述，距离长且比较繁忙的专用线，宜采用具有自动切除故障功能的开关站[12]。

5结语

随着工业企业的不断增加，国家铁路网上的铁路专用线项目也越来越多，如何结合既有接触网情况来制定合理的技术标准与方案，如何在满足技术先进性的同时又兼顾经济性以实现优化设计，提高接触网供电的安全性与可靠性是设计者关注的重点。上述观点是在数条专用线接触网设计过程中遇到的相关问题的思考以及解决方法的探讨，笔者从设计角度提出了上述看法，以供接触网设计人员参考与借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.TB10009—2005铁路电力牵供电设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]吉鹏宵，张桂林.电气化铁路接触网[M].2版.北京：化学工业出版社，2011．

[3]KieBling， Puschmann， Schmieder.电气化铁道接触网[M].北京:中国电力出版社，2004．

[4][德]基布岭.电气化铁道接触网[M].北京:中国电力出版社，2004．

[5]中华人民共和国铁道部.TB10007—2006铁路信号设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006．

[6]铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册·牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社，1988．

[7]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003：163-164．

[8]谭秀炳，刘向阳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都:西南交通大学出版社，2002．

[9]中华人民共和国铁道部.铁道部令第29号铁路技术管理规程[S].北京:中国铁道出版社，2006．

[10]张兴昭.对电气化铁路分区所作用的分析[J].铁道标准设计，2006(6):115-117．

[11]王佩雷，陈宇.接触网无线远动隔离开关研究[J].铁道标准设计，2009(8):106-110.

[12]陈兴强，崔校玉.柱上开关式分区所及接触网故障判别方案的研究[J].铁道标准设计，2003(11):55-56.

Discussion on Some Problems in the Design of Catenary for Dedicated Railway Line GUO Hong-xing

(Xi’an Survey, Design and Research Institute Co., Ltd. of CREEC, Xi’an 710054, China)

Abstract：In order to achieve the advancement, rationality and economical efficiency of the design of catenary for dedicated railway lines, intensive analysis is conducted of the selection of the contact wire suspension point height, the power supply mode, the relocation of the actual catenary phase-breaker, the fault removal and other key issues associated with existing catenary conditions. Solutions to relevant problems are proposed to make the design more reasonable and optimal.

Key words：Dedicated railway line; Catenary; Design

中图分类号：U225

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.029

文章编号：1004-2954(2015)01-0115-03

作者简介：郭红星(1976—)，男，工程师，1998年毕业于西南交通大学，E-mail：GHXZHR@126.com。

收稿日期：2014-04-02； 修回日期：2014-08-11