武廣高速鐵路接觸網(wǎng)防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案設(shè)計

■ 李紅梅

李紅梅：中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，教授級高級工程師，湖北 武漢，430063

攝影 徐云華 董海偉

高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為無備用的重要設(shè)施，應(yīng)滿足動車組安全運行需要，并適應(yīng)高速度、高密度、大功率的供電能力要求；滿足雙列動車組聯(lián)掛高速運行情況下，雙弓取流時良好的弓網(wǎng)動態(tài)接觸關(guān)系；滿足免維護、少檢修、抵御自然環(huán)境侵害的安全可靠要求。武廣高速鐵路采用基于高速接觸網(wǎng)系統(tǒng)SiFCAT350方案的抗災(zāi)能力設(shè)計，吸納國內(nèi)外抗災(zāi)最新研究成果和工程改良措施，參照最新國際技術(shù)標準，重點借鑒德國、荷蘭和日本高速鐵路接觸網(wǎng)工程建設(shè)經(jīng)驗。

1 主要抗災(zāi)設(shè)計預(yù)案

在武廣高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計中，研究識別了全線接觸網(wǎng)生存環(huán)境可能發(fā)生的各種自然或故障災(zāi)難風(fēng)險，結(jié)合災(zāi)難風(fēng)險指標分析，實施了經(jīng)濟技術(shù)允許范圍內(nèi)的有效抗災(zāi)能力分析和優(yōu)化加強技術(shù)方案的設(shè)計。

1.1 抗風(fēng)災(zāi)

武廣高速鐵路的接觸網(wǎng)設(shè)計充分參考國際結(jié)構(gòu)荷載計算的可靠度理論體系。在設(shè)計中采用了GB50009-2008《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄D.5.3全國基本風(fēng)壓圖，按照規(guī)范的強制性要求，采用50年一遇的結(jié)構(gòu)計算基本風(fēng)壓，同時分區(qū)段考慮高路堤、橋梁及明顯強風(fēng)地帶的風(fēng)壓高度變化系數(shù)及修正系數(shù)。參照EN50119修訂版的條文選用了接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)荷載計算用的風(fēng)振系數(shù)，確保全線H型鋼支柱、隧道吊柱、腕臂結(jié)構(gòu)等的抗風(fēng)能力。腕臂結(jié)構(gòu)采用腕臂支撐、定位器防風(fēng)拉線等抗風(fēng)設(shè)計方案。隧道內(nèi)設(shè)計風(fēng)速根據(jù)國際高速鐵路測試數(shù)據(jù)進行選用，確定了預(yù)埋槽道基礎(chǔ)的抗振抗風(fēng)設(shè)計方案。在接觸網(wǎng)最重要且相對薄弱、事故后恢復(fù)困難的錨段關(guān)節(jié)區(qū)、道岔區(qū)，仿效風(fēng)災(zāi)較為嚴重的英國、日本、中國香港等國家和地區(qū)，采用雙H型鋼柱代替單桿雙腕臂方案，分散了風(fēng)載對支柱的扭矩作用，使事故恢復(fù)能力成倍提高。

風(fēng)災(zāi)情況下，通過全線設(shè)置防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，對照接觸網(wǎng)的設(shè)計風(fēng)偏和撓度檢算等，采用最大運行風(fēng)速30 m/s的基本條件進行正常、限速或暫時停運等多種應(yīng)對預(yù)案，以保證安全。工程的系統(tǒng)設(shè)計參照EN50119規(guī)定，支柱基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足在接觸線導(dǎo)高處的運行風(fēng)荷載產(chǎn)生的撓度不大于25 mm，是國際上目前可采用的最高設(shè)計標準。同時在錨段關(guān)節(jié)、道岔等關(guān)鍵定位設(shè)計中檢算導(dǎo)線最大風(fēng)偏，確保高速鐵路受電弓接觸網(wǎng)運行時的可靠取流。

1.2 抗冰雪災(zāi)害

根據(jù)全國氣象條件調(diào)查，充分考慮類似2008年冰雪災(zāi)害致使導(dǎo)線覆冰等情況，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計能夠滿足應(yīng)對冰雪災(zāi)害要求。

針對冰雪引起的絕緣器件短路、導(dǎo)線上覆冰對受流運行的影響，增加相應(yīng)的溶冰措施。如在變電所設(shè)置溶冰加熱裝置，通過饋線加熱接觸網(wǎng)，在天窗時間或冰雪嚴重時定期進行溶冰。在絕緣器件設(shè)備（如分段絕緣器、開關(guān)設(shè)備等）處設(shè)置噴灑溶冰介質(zhì)的設(shè)備，定期溶冰，保護絕緣器件性能。

武廣高速鐵路中部地處湖南省，空氣濕度較大且冬季氣溫在0℃以下，是冰雪災(zāi)害易發(fā)地區(qū)，需要在運用中重點檢測。

1.3 防異物侵入災(zāi)害

在防跨線橋高空墜物、交叉跨越防斷線等方面，可在承力索表面加設(shè)由中壓高性能聚合絕緣材料制造的裸線包卷絕緣管。

1.4 抗地震及水災(zāi)

接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計應(yīng)考慮所處環(huán)境的地震烈度，同時預(yù)留可靠度系數(shù)在水災(zāi)情況下的荷載要求，確保在災(zāi)難時機車不運行的情況下，接觸網(wǎng)盡可能不發(fā)生結(jié)構(gòu)大面積坍塌，便于災(zāi)后重建和盡快投入運營。

1.5 抗火災(zāi)

火災(zāi)較易在鐵路隧道中發(fā)生，參照歐洲鐵路聯(lián)盟TSI SRT相關(guān)條款的強制性規(guī)定，接觸網(wǎng)在設(shè)計中預(yù)留了未來我國鐵路運輸向國際化接軌的技術(shù)條件，確保火災(zāi)情況下接觸網(wǎng)系統(tǒng)斷電和安全救援，設(shè)計錨段關(guān)節(jié)為：長度大于900 m的隧道口處，有條件時盡量設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)；長度大于6 km的隧道內(nèi)及隧道群區(qū)段，每隔6 km設(shè)一處絕緣關(guān)節(jié)；長度大于2 km的隧道口處增設(shè)半錨段的過渡區(qū)，隧道洞口內(nèi)設(shè)置無補償下錨，隧道外設(shè)置全補償下錨。

所有絕緣錨段關(guān)節(jié)配套設(shè)置納入遠動系統(tǒng)帶接地的電動隔離開關(guān)。同時，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)吊柱支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)采用在二次襯砌中預(yù)埋槽道基礎(chǔ)，槽道為鋼材質(zhì)，滿足火災(zāi)時可持續(xù)經(jīng)受近1 h的1 200 ℃高溫灼燒的設(shè)計要求，在高溫時不會散發(fā)對生命構(gòu)成威脅的有毒氣體。同時確保在火災(zāi)情況下，接觸網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)不坍塌，不引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞，便于緊急救援中人員疏導(dǎo)，有利于災(zāi)后重建和盡快投入運營。

1.6 抗雷電災(zāi)害

武廣高速鐵路韶關(guān)以南地段是雷電相對集中地區(qū)，高架線路暴露在地形相對平坦的區(qū)域時，雷電侵害可能性較大。

為提高接觸網(wǎng)的可靠性，加強高速鐵路接觸網(wǎng)防雷電的侵害能力，在加大絕緣爬距的基礎(chǔ)上，下列重點位置設(shè)置氧化鋅避雷器。

（1）供電線上網(wǎng)處。

（2）雷害多發(fā)地區(qū)正線錨段關(guān)節(jié)處、電分相關(guān)節(jié)處。

（3）雷害多發(fā)地區(qū)長度1 km及以上橋梁每一錨段關(guān)節(jié)處。

（4）長度2 km及以上隧道、高架站房、封頂式雨棚站區(qū)的兩端。

1.7 抗閃絡(luò)故障災(zāi)難的接地保護設(shè)計

接觸網(wǎng)接地與通信信號等專業(yè)共用接地體，接入鐵路綜合接地系統(tǒng)，根據(jù)施工圖設(shè)置保護線或回流線（通過扼流圈）與鋼軌的全并聯(lián)或/及與綜合地線相連，有效降低鋼軌電位，保證人身安全。通過綜合接地系統(tǒng)的等電位設(shè)計方法，滿足EN50122歐洲標準，可大大減小雷電、短路、過電壓故障時對設(shè)備的損害。

1.8 鳥類防護設(shè)計

武廣高速鐵路穿越鄂湘粵三省，沿線自然景區(qū)和森林區(qū)較多，風(fēng)景優(yōu)美，鳥語花香。鳥類對接觸網(wǎng)的危害主要是在接觸網(wǎng)27.5 kV帶電體和接地體間構(gòu)建鳥巢，其次是鳥類飛越跨線建筑物時，可能造成27.5 kV接觸網(wǎng)對其他結(jié)構(gòu)物的閃絡(luò)短路災(zāi)難。同時，對自然保護區(qū)的鳥類生存安全也構(gòu)成巨大威脅。為此，武廣高速鐵路采取如下設(shè)計方案。

（1）對接觸網(wǎng)支持裝置結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，避免提供鳥類棲息所需的具有一定外形的結(jié)構(gòu)或場地。優(yōu)化支柱、肩架、設(shè)備托架、硬橫梁等結(jié)構(gòu)，如采取在支柱頂端設(shè)置AF線肩架、對開關(guān)托架間距進行優(yōu)化等措施。

（2）遵循EN50122-1的接地防護標準，結(jié)合綜合接地系統(tǒng)方案，提出在接觸網(wǎng)受電弓接地保護區(qū)域內(nèi)的橋梁、隧道、無砟軌道、聲屏障、站臺、跨線建筑物等預(yù)留閃絡(luò)保護接地網(wǎng)的技術(shù)方案，并接入綜合接地系統(tǒng)，避免鳥類飛過可能造成的閃絡(luò)大電流故障，引起跨線建筑物被燒毀。

2 避免接觸網(wǎng)在災(zāi)難中斷網(wǎng)的應(yīng)急預(yù)案

2.1 提高系統(tǒng)抗災(zāi)能力的供電分段優(yōu)化

武廣高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)為提高抗災(zāi)能力，設(shè)計在事故或自然災(zāi)害發(fā)生時，通過供電分段的技術(shù)優(yōu)化，盡可能縮短事故范圍，具備部分反行條件，增加搶修上線通道。主要技術(shù)措施包括：渡線間設(shè)反行關(guān)節(jié)、站線與正線分束分段、分相盡可能遠離車站咽喉、具備反行和搶修條件、隧道增加接地開關(guān)和絕緣分段關(guān)節(jié)、全線開關(guān)納入遠動控制等。

2.2 加強接觸網(wǎng)災(zāi)難情況下的搶修能力

電氣化鐵路建設(shè)質(zhì)量和運行速度的提高，對供電搶修能力提出了更高要求，應(yīng)盡快提升供電搶修裝備現(xiàn)代化水平，將供電搶修能力建設(shè)納入鐵路救援體系建設(shè)中。建立供電故障搶修信息管理系統(tǒng)，增加現(xiàn)場視頻裝置，便于搶修指揮與決策。完善供電搶修預(yù)案和手段，接觸網(wǎng)搶修列車配置到供電段。在每個車站設(shè)置或預(yù)留接觸網(wǎng)工區(qū)或搶修條件，接觸網(wǎng)工區(qū)配備2臺接觸網(wǎng)作業(yè)車。建議各鐵路局結(jié)合硬件條件預(yù)留、配備搶修力量和救援裝備，適當(dāng)增加搶修備品備件，保證搶修人員配備到位并定期加強技術(shù)培訓(xùn)。

2.3 提高供電外部電源可靠性和電力線跨越鐵路電網(wǎng)的安全性

（1）積極協(xié)調(diào)電力部門，抓緊出臺確保鐵路供電運行安全的技術(shù)政策和措施。

（2）提高地方電力跨越線架設(shè)標準和供電電源的可靠性。牽引變電所要具備2路獨立的外部電源，實現(xiàn)真正意義的雙電源，并優(yōu)先提供220 kV電源。

（3）提高跨越線的安全可靠性。10 kV及以下等級的線路全部改由電纜穿越鐵路線；35 kV及以上等級的線路可采用電纜穿越，或采取增大線徑、減小跨距、提高桿塔高度和強度等措施。

（4）積極采取跨越線防護措施。在大跨越線路的接觸網(wǎng)上方加強采用隧洞式防護措施，避免跨越線斷線造成嚴重后果。

3 結(jié)束語

武廣高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計所采取的防災(zāi)技術(shù)措施，主要是針對風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)等意外災(zāi)害的加強措施。在正常運營模式下，如在電氣分相的中性區(qū)域，機車等操控模式不當(dāng)或機車不斷電自動過分相的不當(dāng)使用時，也可能引發(fā)牽引供電不同電氣分相間的相間短路，進而可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)塌網(wǎng)等嚴重事故。因此，還需結(jié)合列控等新技術(shù)新設(shè)備，研究探索不同專業(yè)間的協(xié)同作業(yè)對接或機電聯(lián)控組織措施，共同杜絕或減少事故、災(zāi)害的發(fā)生或不良影響，共同實現(xiàn)高速接觸網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)性能優(yōu)良，安全穩(wěn)定運行。

[1]GB 50009—2008 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]，2008

[2]European Communities. TSI SRT Safety for Railway Tunnel[S]，2006

[3]中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司. 客運專線鐵路接觸網(wǎng)SiFCAT350工程技術(shù)研究[R]，2005

[4]中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司. 牽引網(wǎng)電壓、電流分布及接觸網(wǎng)工程接地技術(shù)研究[R]，2005