高铁附加导线动态间距不足的隐患分析和改进措施
2020-11-05马时达中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段
马时达 中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段
AT供电方式具有供电电压高、供电臂距离长、适应大功率动车组运行等优点。因此，高速铁路牵引供电系统普遍采用该供电方式[1]。高速铁路AT区段附加导线包括正馈线（AF线）、保护线（PW线）、避雷线等，主要作用为组成完整的高铁AT供电电路、提升高速铁路供电能力、降低雷击过电压造成的牵引供电设备故障率以及减少高铁沿线电磁干扰等。设备运行过程中发现，在大风天气下存在附加导线动态绝缘距离不足引起短路跳闸的情况。
本文先是针对沪昆高铁在大风天气下附加导线动态绝缘距离不足引起短路跳闸案例进行技术分析，列出附加导线动态绝缘距离的相关技术标准，接着针对不同类型的动态距离不足情况提出相应改进措施，最后从科学的源头设计、规范的运行维护角度给出建议，确保高速铁路的安全可靠供电。
1 附加导线动态间距不足跳闸原因的技术分析
1.1 隧道口附近正馈线与避雷线之间
（1）故障概况
2020年3月21日，沪昆高铁诸暨杭长场至杭州南杭长线路所上行942#-940#跨中AF线与避雷线放电引起跳闸。现场天气为雷雨大风。
（2）跳闸原因分析
杭州南至诸暨上行940#-942#（K216+296-K216+339）为曲线区段，曲线半径7005m，邻近东山岗隧道。
940#为非绝缘关节锚柱、942#为隧道口2#柱，944#为隧道口1#柱，其中AF线940#安装在柱顶水平肩架田野侧（设计肩架长1 500 mm）、942#安装在柱顶针式绝缘子上，避雷线940#安装在杆顶肩架上（设计肩架高1 350 mm）、942#支柱下锚。940#支柱避雷线高于AF线、942#支柱避雷线低于AF线，940#-942#间跨中AF线与PW线形成立体交叉（图1）。
图1 940#-942#跨中放电示意图
综上所述本次跳闸原因在6-11级大风的作用下，AF线与避雷线发生对舞现象，在舞动过程中因暴雨天气下空气湿度极大，导致两线跨中交叉处空气绝缘距离不足放电，引起短路跳闸。
1.2 电缆上网隔离开关处正馈线（引线）与电缆爬架之间
（1）故障概况
2020年3月21日，沪昆高铁诸暨杭长场至杭州南杭长线路所1118#（K220+922）AF线引线与电缆爬架放电引起跳闸。现场天气为雷雨大风。
（2）跳闸原因分析
诸暨杭长场至杭州南杭长线路所1118#（K220+922）支柱为沪昆高铁910供电单元AF线上网点，架空AF线与隔开由引线连接，AF线肩架设计长度1 250 mm，现场实际为1 350 mm。实测引线与电缆爬架静态距离1 050 mm（图2）。
综上所述本次跳闸原因为6-11级大风暴雨强对流天气下空气湿度极大，AF线（悬瓷安装）摆动后带动引线与电缆爬架空气绝缘距离不足放电，引起短路跳闸。
1.3 绝缘关节隔离开关两侧正馈线与保护线之间
（1）故障概况
2020年3月22日，沪昆高铁线义乌杭长场至塘雅线路所上行1206#-1204#跨中AF线与PW线绝缘距离不足放电，引起跳闸。现场天气为雷雨大风。
（2）跳闸原因分析
义乌至塘雅上行1206#-1204#（K302+711-K302+760）为曲线区段，曲线半径6 995 m。
1206#为绝缘锚段关节转换柱、1204#为绝缘锚段关节锚柱，其中AF线、PW线在1204#柱顶平肩架田野侧同架安装，AF线低于PW线（设计AF线线夹距支柱1 500 mm，PW线线夹距支柱650 mm）；1206#支柱AF线安装在柱顶平肩架田野侧（设计肩架长1 250 mm）、PW线安装在斜腕臂根部的田野侧支座上，AF线高于PW线。1206#-1204#跨中AF线与PW线立体交叉处静态测量距离1 000 mm（图3）。
图2 1118#放电示意图
图3 1206#-1204#跨中放电示意图
综上所述本次跳闸原因为，在局部大风及雷雨天气的作用下，AF线与PW线发生对舞现象，舞动过程中导致两线交叉处空气绝缘距离不足放电，引起短路跳闸。
2 附加导线绝缘距离相关技术标准
《高速铁路接触网运行维修规则》（TG/GD124-2015）第一百二十七条规定：当接触悬挂受温度变化偏移时，隔离开关引线的长度应保证有一定的活动余量并不得侵入限界，引线摆动到极限位置对接地体的距离不小于350 mm。
3 附加导线动态距离不足原因分析
3.1 设计源头上先天不足导致新线施工安装遗留隐患
一是PW线在AF线肩架顶部的安装方式不合理。PW线安装在AF线间架的顶部，在PW线对向下锚、穿越开关杆和车站咽喉处支柱与硬横梁转换等容易产生跨中交叉、动态绝缘间距不足隐患。
二是特殊部位AF线悬瓷安装方式不合理。大风天气AF线悬瓷安装方式摆动幅度相对较大，特别是隔开杆处的AF引线随着AF线摆动量和自身的余量叠加更容易与电缆支架产生动态绝缘间距不足隐患。
三是避雷线隧道内落锚过渡安装方式不合理。避雷线隧道外柱顶增高肩架悬挂、隧道内落锚方式，容易产生隧道口跨中交叉过渡，引起动态绝缘间距不足隐患。
3.2 运行检修中对动态距离的检测手段缺乏未能及时发现隐患
附加导线目前只能精确测量静态间距，动态绝缘距离缺少统一、标准的测量仪器、测量方法，导致新线验收接管、设备运行检修很难及时发现潜在安全隐患问题。
集大成是研究复杂性问题的基本要求，也是研究会数十年坚持的工作方式。研究会在组织建设、学术交流及科研活动管理，在社会经济系统工程理论方法探索和创新，在面向现实问题系统工程研究及应用实践中，都把集大成创智慧作为基本工作模式。
4 附加导线动态绝缘距离不足改进措施
本文从避免不同附加导线跨中水平交叉和减少附加导线风偏两方面考虑，制定如下改进措施。
4.1 隧道口附近正馈线与避雷线之间
改进措施如下：调整隧道口附近避雷线落锚位置，提前下锚缩短避雷线架设范围，避免避雷线与正馈线之间存在水平交叉点。
4.2 电缆上网隔离开关处正馈线（引线）与电缆爬架之间
改进措施：在电缆上网正馈线引线侧支柱上改进正馈线固定悬挂点，采用支柱绝缘子固定正馈线，避免开关柱处正馈线因风摆动，同时在满足各点绝缘距离的情况下，调整正馈线引线的长度，尽量缩短引线长度，并对两根引线适当进行两两绑扎。正馈线安装方案见图4。
图4 正馈线安装方案
4.3 绝缘关节隔离开关两侧正馈线与保护线之间
改进措施：将隔离开关柱两侧支柱的PW线调整至下底座安装，保留原开关柱上PW线下底座处安装，调整过程中注意PW线满足安装曲线要求。具体安装方案见图5。
图5 PW线安装方案
5 科学运行维护
5.1 强化设备质量源头控制
在设计图审查阶段，要求设计尽量避免或减少附加导线出现立体交叉情况。建议将正馈线安装在斜腕臂根部；在隧道口可单独设立硬横梁，使正馈线从硬横梁门型框架中穿过，以增大正馈线与PW线、避雷线之间的距离。避雷线不应在隧道口内下锚，进隧道时应选择容量符合要求的支柱提前下锚，以避免避雷线和正馈线出现水平交叉点的情况。
在新线介入阶段，要核对附加导线是否有设计安装图，杜绝无设计施工。平推验收要重点关注附加导线的安全距离问题，检查验收附加导线的悬挂点安装位置、线索驰度是否符合设计图要求，附加导线跨中动静态距离是否符合规范；上网检查附加导线在隧道口、车站咽喉处、对锚处、上网点、隔开柱等特殊处所的线索间动静态距离是否规范。
5.2 加强设备隐患排查和整治
要结合2C巡视、步行巡视、登乘巡视、视频回放等方式开展排查，对重点处所的动态风偏距离要上网检查测量。针对附加导线(供电线、AF线、PW线、避雷线等)安全距离不足的隐患，包括静态距离和动态风偏距离，凡是附加导线对接地体或其他线索静态距离不足2 m的处所，必须上网测量风偏动态距离是否符合要求。
二是附加导线之间的安全距离，指高压附加导线（供电线、AF线）对PW线、避雷线、接触网的安全距离是否满足规范要求。
三是排查重点处所必须全面覆盖，包括接触网供电线上网处的线索、引线对接地体动态距离，隔离开关引线、正馈线跳线对接地体动态距离，车站、隧道口AF线与避雷线、承力索交叉处动态距离，供电线转角杆跳线对接地体距离，上跨桥、邻近桥墩处的AF线跨中对接地体动态距离。
5.3 明确既有运行设备的动态间距标准
附加导线含引线（供电线、AF线）带电部分对固定接地体距离满足动态极限大于350 mm的距离要求。
附加导线（供电线、AF线）带电部分与跨线建筑物距离满足动态极限大于500 mm的距离要求。
AF线与接触网距离满足动态极限大于540 mm的距离要求。
跨中交叉处带电附加导线（供电线、AF线）与PW线、避雷线距离满足动态极限大于350 mm的距离要求。
5.4 研制线索动态间距测量仪器
为方便作业人员现场检测线索动态间距数据，根据设计最大风速模拟最恶劣情况下线索动态对舞时的张力，研制空间立体交叉线索动态距离测量仪，科学、直观检测线索动态绝缘间距。
6 结束语
（1）高速铁路AT区段由于增加了正馈线，对线索间、线与固定接地体间的绝缘距离提出了更高的要求。
（2）新线设计时，在隧道口附近避雷线应提前下锚，避免在隧道内下锚造成正馈线与避雷线跨中存在交叉。
（3）在正馈线固定点处适当采用支撑绝缘子，可减少正馈线因大风造成的摆动量。
（4）应避免正馈线与PW线在跨中的交叉，新线设计时，应考虑正馈线与PW线保持一定的高差，必须交叉时交叉等高处应设计为导线固定点。
（5）施工阶段，应从严控制好开关引线的弛度，避免弛度过松造成因风摆过大。
本文针对沪昆高铁在大风天气下附加导线动态绝缘距离不足引起短路跳闸原因进行了技术分析，并根据不同类型的动态绝缘距离不足案例提出改进措施，最后从科学运行维护的角度给出建议，以期能提高对高速铁路牵引供电的安全可靠性。
