低净空区段接触网通过方案设计流程浅析

徐硕均



低净空区段接触网通过方案设计流程浅析

徐硕均

结合实际工程设计经验对铁路低净空区段接触网通过时的主要制约因素进行分析，并根据各因素的边界取值及影响优化设计流程，明确设计步骤，以便在外部条件较为复杂的铁路建设项目中提高设计文件质量，避免施工后期因接触网受限无法通过而新增落道、抬桥等工程量，杜绝重大设计缺陷的发生。

接触线高度；绝缘距离；最短吊弦

0 引言

近年来我国高速铁路发展迅速，成为人们出行的上佳选择。随着铁路速度的提高，电力牵引以其清洁、高效、节能等优势逐渐取代内燃牵引，成为了铁路的主要动力来源。因此以内燃牵引为主的既有铁路电气化改造在全国展开，对线路扩能和列车提速起着至关重要的作用。同时，由于既有铁路大多建造时间久远，并非所有铁路自身的隧道、上跨铁路的立交桥及建筑物、铁路穿越的机场航道线等都预留了电气化改造条件，形成了铁路沿线各种低净空区段。净空过低成为电气化改造工程实施的大问题，直接影响电气化改造工程建设。当前，我国各大铁路设计院工作量饱满，如何在有限的时间内完成复杂线路接触网的设计，并满足工程实际需求，需要专业负责人严格控制关键点。本文通过分析接触网通过低净空区段时的基本制约因素，明确具体设计步骤，以实现优化设计流程的目的。

1 接触线最低点高度选取

首先需明确接触线最低点高度系指跨中高度，并非接触线悬挂点的高度。接触线最低点高度取决于本线路通行的列车种类，若接触线高度选取不合理，将直接影响列车的正常通行，且接触线高度直接影响接触网支柱的高度、安装参数等，对投资的影响较大。因此，在项目的可行性研究阶段，设计文件中一般需明确本次设计所采用的接触线高度常规值及困难情况下的最低值。该高度值也是开展低净空区段设计的基础，若根据勘测资料确定无法满足净空要求时，应及时向设计总体负责人反映，并会同相关专业研究方案。

接触网带电部分与机车车辆或装载货物之间应保证不小于350 mm的空气绝缘间隙。因此，根据线路通行列车种类，向相关专业核实配有调车作业的线路、站场后，可确定接触线最低点高度。

（1）客货共线铁路：接触线最低点高度不应小于5 700 mm，编组站、区段站等配有调车组的线路、站场，正常情况不应小于6 200 mm，困难时不应小于5 700 mm；既有隧道（含按规定降低高度的隧道口外及跨线建筑物范围内）正常情况不小于5 700 mm，困难情况不小于5 650 mm（超限货物列车货物最高装载高度5 300 mm加350 mm空气绝缘间隙），特殊情况（不通行或断电通行超限货物列车）不应小于5 330 mm（我国机车车辆限界高度为4 800 mm，超限货物列车装载高度分三级：一级超限为4 950 mm，二级超限为 5 000 mm，三级超限为5 000～5 300 mm）。

（2）双层集装箱运输线路接触线最低点高度不应小于6 330 mm，一般情况下采用6 450 mm。

（3）仅开行动车组的线路接触线最低点高度不应小于5 150 mm。

以上分类中，编组站、区段站等配有调车组的线路、站场接触线高度正常情况不应小于 6 200 mm的规定是为了保证调车作业人员的安全，即调车人员站在车辆脚踏板（闸台）操作手闸制动时带电体距人体的距离不应小于2 000 mm。其值根据车辆脚踏板（闸台）高度（不大于2 200 mm）+人体高度（2 000 mm）+接触线与人体最小安全距离（2 000 mm）得出，实际设计时一般采用的高度值为6 450 mm。《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）亦对此做出了相应规定，若在现场某区段存在净空限制因素需采用困难值时，应向上级技术主管部门报备，以便运营维管单位制订针对性的调车作业方案，保证作业人员人身安全。

2 绝缘距离

如果接触线最低点为低净空区段接触网通过时的下部红线，则上部建筑物下沿与带电体保持绝缘距离处即为上部红线，两者共同决定了接触网通过时的可用空间。目前对于接触网上部绝缘间隙的规定主要有：

（1）根据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2016），正常情况下25 kV带电体距跨线建筑物底部的静态空气绝缘间隙正常值不小于500 mm，困难值不小于300 mm。同时备注了在既有低净空隧道、跨线桥等建筑物范围内，采用正常值确有困难时，在采取相应防雷措施后，可采用困难值；多雷区、强雷区及距海岸线10 km以内的地区，不得采用困难值；铁路位于高程大于1 000 m的地区，空气绝缘间隙值应按《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB11022-2011）进行修正。

（2）《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）第203条规定“跨越电气化铁路的各种建（构）筑物与带电部分最小距离不小于500 mm；当海拔超过1 000 m时，上述数值应按规定相应增加”。

我国幅员辽阔，既有位于世界第一高原高寒缺氧地区的青藏铁路，也有位于高湿、盐雾、台风多发的海南岛上的海南环岛铁路，外部环境复杂。在设计时，应考虑大风、严寒，预留风偏、覆冰对绝缘距离影响的安全余量。故首先考虑采用正常值，即不小于500 mm的空气绝缘间隙，当外部条件受限，做好针对性的方案后，也可考虑采用困难值，即不小于300 mm的空气绝缘间隙。需要注意的是，由于承力索带有一定弧度，带电体与上跨建（构）筑物之间的最小距离往往不是位于中心弛度最大位置处，而是位于上跨建（构）筑物边沿。

另外，由于受电弓在列车运行时上下晃动，受电弓振动至极限位置和导线被抬起的最高位置距离接地体的间隙为正常情况下不小于200 mm，困难情况下不小于160 mm。

3 接触线最短吊弦

接触线最短吊弦是指低净空区段内最短的一根吊弦，受制于接触线高度以及承力索高度。最短吊弦长度根据悬挂点处的结构高度、接触线及承力索的弛度、极端条件下的覆冰、吊弦自重等因素综合计算得出，根据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2016），其长度应满足表1的规定。

表1 接触网最短吊弦长度

注：隧道内及跨线建筑物下最短吊弦长度可根据净空情况酌情减小。

当条件受限无法满足表1要求时，可继续缩短最短吊弦长度，此时吊弦回头亦需要同步缩短。缩短后过小的弯曲半径容易造成回头散股，故当吊弦长度小于300 mm时，建议采用铁标2075中E型整体吊弦（图1），以减小吊弦自身所需的结构高度。若其仍然无法满足安装要求，可进行吊弦的特殊设计，但设计时应注意线索存在的抬升晃动，需与吊弦保持可靠的电气连接，以免发生放电导致烧断吊弦等事故。

4 低净空区段接触网通过方案设计步骤

根据上述内容，可以从接触线最低高度j（m）、绝缘距离、最短吊弦长度（m）3个基本要点着手，设计低净空区段接触网的通过方案。

（1）根据通行列车种类确定允许的接触线最低高度；

（2）根据通行速度确定最短吊弦长度；

（3）根据接触线最低点高度、上跨建筑物距离相邻接触网支柱的距离、接触网跨距、线索张力、气象条件等，通过各种悬挂类型对应的弛度公式，分别确定承力索跨中最大弛度（m）与上跨建筑物边沿承力索端部弛度x（m）。

图1 E型整体吊弦

链形悬挂承力索弛度计算式为

式中，为承力索弛度，m；为承力索合成负载，kg/m；为当量跨距；c为承力索张力；j为接触线张力；为支柱悬挂点至第1根吊弦间距，m。

（4）根据j++确定上跨建筑物两端承力索悬挂高度c，m。

（5）根据c-x确定上跨建筑物边沿承力索高度cx，m。

（6）当净空高度≥(cx+ 0.5)时，接触网可顺利通过；当净空高度(cx+ 0.3)≤＜(cx+ 0.5)时，核实该地区海拔高度并在采取防雷等措施后，可采用绝缘距离困难值；当净空高度＜(cx+ 0.3)时，应与相关专业从经济、技术、安全性、可实施性等方面进行综合协调。

5 结语

既有铁路上跨建筑物可能是一座小小的人行天桥，也可能是规模较大的高速公路，进行接触网设计时，需要根据相关专业勘测后提供的上跨建筑物净空表逐一仔细核对所有工点，不仅需要查看净空数据，还应注意其所处平面位置是否正好位于道岔等敏感区域，避免设计采用的接触网通过方案在工程实施阶段发生反复，影响工程进度。

本文从接触线最低高度、绝缘距离、最短吊弦长度入手，逐一确定各基本控制要素在各种情况下的取值范围，梳理出低净空区段接触网通过方案设计流程，为设计人员提供参考。

[1] 国家铁路局. 铁路电力牵引供电设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2016：49-50.

[2] 中国铁路总公司. 铁路技术管理规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2014：53.

[3] 铁道部电化工程局电气化勘测设计处. 电气化铁路设计手册接触网[M]. 北京：中国铁道出版社，1983：66-68.

[4] Siemens Aktiengesellschaft, Contact Lines for Electric Railways, Publicis Publishing, Erlangen,2009:274-284.

With connection to the actual engineering design experience, the main factors restricting the passage of OCS in section with low clearance are analyzed, and the design flow is optimized by taking the boundary values with consideration of various factors, so as to define the design procedures, improve the quality of design documents for construction of railways with severe ambient conditions, prevent the increased work quantity for required lowering of tracks and raising of bridges in section with low clearance where the OCS is impossible to pass through in the later stage of construction, completely eradicate the occurrence of major design deficiencies.

Contact wire height; insulation distance; shortest dropper

U225.1

B

1007-936X(2018)03-0022-03

2017-10-10

徐硕均.中铁上海设计院集团有限公司电气化设计处，工程师。

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.007