高速铁路接触网PW线技术方案优化研究

章来胜

(中国铁路上海局集团有限公司 供电处， 上海 200071)

AT供电方式(Auto Transformer Supply System of Electric Traction)具有提高供电质量和减少对通信干扰的功能，我国的高速铁路电力牵引大多采用了AT供电方式。AT供电方式较直供电方式，接触网附加悬挂增多，布置较为复杂。支柱线路侧安装接触悬挂，田野侧安装AF线(Auto Transformer Feeder)和PW线(Protective Wire)，支柱顶端安装避雷线，是较为普遍性的安装布置方式。站场咽喉、隧道出入口、变电所上网等处所难免出现PW线上跨接触网的情况。上跨接触网的PW线给接触网运行安全带来隐患，研究优化PW线技术方案，采取针对性的整治措施，对接触网运行安全具有重要意义。

1 PW线功能

PW线是沿着接触网支柱田野侧安装的钢芯铝绞线，其作用是当接触网或AF线绝缘子发生闪络接地时，可与PW线形成金属性短路，便于断电保护动作，PW线又称保护线。同时，吸上线连接扼流变压器中性点和PW线，PW线回流回路与轨回流、综合贯通地线回流回路共同构成牵引回流回路。

2 牵引回流分析

牵引回流路径的构成是电力供电与牵引供电的重大区别。随大地导电率变化及隧道桥梁等设施的存在，电气化铁路牵引回流在不同区段具有不同的分布形式和分配比例。根据上海局管辖内高速铁路接触网短路试验经验，PW线回流、综合贯通地线回流、轨回流的分配比列一般在5∶3∶2左右，PW线回流占比较高。事故案例和运行经验表明，当PW线为非绝缘安装且承担较大牵引回流比例时，可能产生的危害，应引起业内的高度重视，为适应高铁、重载负荷的需求，从设计规范及元件制造需尽快采取技术措施。

3 PW线安装方式

PW线均用LB1A-125-26/7规格的铝包钢绞线，采取隧道内沿着隧道壁、隧道外沿着钢支柱田野侧非绝缘架空型式安装，如图1、图2所示。固定零部件使用PW线线夹(或称支座)，如图3所示。

图1 隧道外H型钢柱保护线田野侧安装示意图

图2 隧道内附加导线安装示意图

图3 PW线线夹

图4 车站咽喉处PW线上跨接触网

站场咽喉、隧道出入口、变电所上网等处所，为保证与雨棚建、隧道壁等建筑安全距离，PW线大多采取跨越接触网后线路侧安装，如图4～图6所示。

图5 车站咽喉处PW线上跨接触网

图6 隧道出入口处PW线上跨接触网

4 PW线故障案例分析

高铁接触网PW线故障影响高铁运输秩序，危及供电安全。

(1)2015年某月，京广高铁某站164#支柱处，接触网PW线断线后搭接在2道与4道间的股道电连接上，中断供电107 min，大量列车晚点。

断线位置为164#支柱PW线固定点处，断口呈圆锥形，有明显烧伤痕迹，PW线底座固定线夹烧融。该站164#、162#、156#、152#的4根H型钢柱上的PW线采用悬垂线夹与支柱非绝缘设置，而站场内148#往北方向的PW线与支柱采用绝缘设置，164#往南方向169#、172#支柱的PW线与支柱也采用绝缘设置，形成特殊的"绝缘-非绝缘-绝缘"结构形式。检查发现该站163#支柱的PW线与线夹也有烧融痕迹。 后续排查发现47处连接方式存在问题，部分处所已存在线索烧伤情况。164#接触网支柱底部连有PW线回所电缆，且距离所亭最近，分担大部分回流(查阅2015-9-23 11:27的电流记录，通过164#PW线回流电流达970 A，通过148#的轨回流为449 A)，导致PW线在安装支座内发热融断。

图7 断脱的PW线

图8 烧损的线夹

(2)2016年4月某日，京广高铁某下行971#支柱，因回流不畅，PW线烧断后垂落搭接在T线避雷器引线上，中断供电154 min，影响动车组40列。

PW线断落处支柱位于隧道口第一根支柱，PW线为支柱顶部横担线路内侧安装，PW线通过安装支座、支柱构成回流通道，造成安装支座处发热和电腐蚀，在拉力作用下发生断脱。

(3)2018年4月某日，杭深高铁某处，引入砖仔埕AT所的上跨PW线，因三角联板参与导流熔穿，上跨PW线脱落，短接上、下行接触网设备，造成上行承力索放电烧损，下行承力索烧伤断线，烧断的承力索与通过的某次动车组列车发生弓网故障，接触网设备大面积损坏，中断供电170 min。

接触网上下行PW线引接回AT所设计采用上跨接触网形式，施工单位通过G1#～G3#钢柱架设架空上跨上下行接触网的双根导线，双根导线通过两边悬挂的耐张线夹心形环、三角挂板与钢柱连接。施工单位将上跨的两根导线分别与上行、下行的架空PW线相连，造成在上行有车或下行有车时，在两根导线间通过三角挂板形成分流，因长期过流，导致三角挂板在铰接最薄弱的螺栓孔处烧损、拉脱，PW线掉落在接触网上烧断承力索。

图9 故障现场

图10 供电回路示意图

(4)2018年8月广州局南广高铁19#至21#支柱处，因接触网PW线安装位置及连接方式不合理，造成PW线固定鞍子电腐蚀严重，PW线搭接在分相中性区承力索上，造成二趟动车组通过时，多条供电臂跳闸，列车受电弓烧损、自动降弓 。

图11 21#支柱侧鞍子处烧断的PW线

故障处所位于南广高铁某段下行线19#至21#支柱间，该处为六跨分相的无电区。佛山西变电所供电线电缆专用钢结构桥在距21#支柱1 m处呈30°跨越接触网。19#、21#支柱处PW线通过肩架设置在支柱顶端，位于支柱靠线路侧，距离支柱内缘120 cm。因距21#支柱1 m处设计有钢结构桥的桥墩，且位于支柱与钢轨之间，造成19#、21#支柱间PW线在此处形成转角不能直线连接。施工单位将PW线在钢结构桥两侧通过悬挂在钢结构桥上的鞍子连接固定。固定在钢结构桥两侧的PW线由鞍子通过一根直径16 mm螺杆两端直径为24 mm螺帽与抱箍连接，再通过抱箍固定在钢结构桥的钢梁上。由于PW线固定位置和连接方式问题，回流路径发生改变，造成PW线固定设备烧损，钢结构桥上PW线鞍子从螺帽中脱出，PW线下垂搭接在接触网中性区承力索上。

图12 PW线与承力索搭接烧伤

5 技术方案优化

高速铁路接触网支柱多采用H型钢支柱，路基段钢支柱通过基础中的接地钢筋接地，桥梁段钢支柱通过桥墩的接地钢筋接地，钢支柱同时与综合贯通地线连接，吸上线连接了PW线和连接扼流变压器中性点。绝缘子闪络电流通过PW线线夹，PW线牵引回流经过PW线线夹从支柱入地(和贯通地线)电流分流回路，PW线线夹成为既承载PW线重力荷载，同时是电气回路连接点的关键零部件。PW线夹必须具备足够的机械强度和电气当量。高铁运营以来，多次发生接触网PW线烧断后引发接触网断线事故，影响高铁列车和供电安全。PW线故障原因多为保护回路连接点处的PW线线夹电气当量不足，连接零部件发热、烧损，PW线烧断。当PW线不上跨接触网、断裂后不侵入列车限界时，并不影响高铁列车运行和供电安全；当PW线上跨接触网，断裂的PW线跌落到接触网上，极易烧断接触网，造成高铁供电中断，危及高铁列车安全。根据PW线架空方式和连接布置，优化PW线安装形式。

方案1：补强PW线连接点。PW线与钢支柱、门型框架等支撑处采用非绝缘安装时，使用同材质的短接线短接PW线线夹，使短接线承载回路电流，线夹承载机械荷载。

方案2：PW线绝缘安装。PW线上跨接触网处的支撑形式采用绝缘安装方式，同时使用同材质的短接线连接PW线和支撑构筑物，使短接线承载绝缘子闪络电流。

方案3：PW线架空改电缆。已开通运营高速铁路，PW线上跨接触网处，将架空架设型式的PW线改为电缆从轨道板间隙中敷设型式，避免PW线故障时引起接触网断线，扩大故障影响范围和程度的安全隐患。新建高速铁路，全线PW线采用电缆，在电缆沟槽中敷设的型式，PW电缆线与支柱基础连接，既保持PW线作为保护线的功能，又避免与支持构筑物的机械连接和上跨接触网的问题。

6 结束语

PW线断线故障，尤其是上跨接触网PW线故障危及高铁列车安全，是接触网安全管理重点防范的安全风险。风险防控要抓早提前，在设计阶段，不仅要考虑接触网结构、机械性能的可行性，也要注重电气回路，尤其是上跨接触网的PW线等低压线路对运营安全的影响，采取可靠的技术方案，强化牵引回流回路，避免PW线等低压线路上跨接触网，防止接触网断线事故。在运营维护阶段，不仅要按规定检查PW线，尤其是发生绝缘子闪络后，要对PW线线夹开盖检查，判别线索是否烧伤，更要制定防止PW线线夹烧伤方案，组织整治，疏通牵引回流回路，从根本上解决PW线断线的安全隐患，确保接触网安全运行。