輸電線斷線對鐵路防護網的沖擊作用

李強

摘要：隨著人們的生活質量在不斷提高，對于電力的需求在不斷加大，橫跨鐵路的架空輸電線路在施工過程中出現輸電線斷裂事故時，跨越軌道防護裝備攔截下落的輸電線斷線，防止其墜落在鐵路線路上造成運行安全事故。基于此，文中使用ABAQUS軟件對輸電線斷線沖擊防護網的全過程進行動態仿真計算分析。計算結果表明，存在某一斷線位置，輸電線斷線在沖擊防護網的過程中，其端部略超出水平位置防護網最外側迪尼瑪繩，可穿過水平位置和豎直位置防護網之間的空當，此工況下防護網所受沖擊作用最大，防護網應力也最大且滿足強度要求，跨越軌道防護裝備成功攔截下落的輸電線斷線，對鐵路運營起到了安全防護作用。

關鍵詞：鐵路運輸;安全防護;輸電線斷線;防護網;沖擊作用

引言

在電力系統方面，在交流特高壓同塔雙回輸電線路中，當一個回路停電檢修時，運行回路對檢修回路和地線存在感應電壓和感應電流的影響.?如果高壓輸電線路下方存在平行油氣管道，靜電感應和電磁耦合產生的感應電壓和感應電流會加速管道的腐蝕.?也有學者對交流和直流輸電線共用走廊的電磁感應進行了研究，在鐵路供電方面也存在交流電氣化鐵路對直流地鐵供電線路的電磁干擾影響.

1電氣化鐵路對電力系統的影響

鐵路干線實現電氣化后，供電系統一般采用交流電源，電力列車一般作為功率較大的單相負載，其系統中，除存在50Hz基波外，同時包含其他的諧波成分，在實際運行中即使是負序分量也有各種諧波成分。而且電力機車這種負載具有一定的波動性，并會沿著鐵路線路分布，因此，對于大電網，現代化后的電氣化鐵路干線是具有不平衡性的隨機干擾，當電力機車通過時，會對當地電網造成一定的沖擊，當電力機車通過后，干擾消失，系統恢復正常。除此之外，由于大部分電氣化鐵路采用單相供電方式或者兩相供電方式，這會造成電力系統三相負荷不平衡，給電網帶來負序電流和負序電壓。

2輸電線斷線對鐵路防護網的沖擊作用

2.1高鐵橋面與輸電線路模型

根據水平排列與同塔雙回輸電線路的平行與交叉情況，構建計算模型。與實際情況相結合，對電路與導線相交的各項參數進行設置，保障輸電線路下相導線與地面間的距離為30m，高鐵橋面與地面間的距離為15m。當輸電電路與高鐵平行分布時，桿塔邊緣與高鐵中心的水平距離為30m;當線路與高鐵橋面以交叉、跨越的形式分布時，應對輸電線路進行架空設計，并且根據相關規范對其與地面間的距離進行設置。在單回水平輸電線路中，將與高鐵相導線之間距離最近的一點設置為A相，將距離最遠的一點設置為C相;在同塔雙回線路中，采用逆相序分布的方式，與高鐵間距離最近的導線為A相，上導線為C相。在對場點進行計算時，選擇距離橋面之上1.5m距離之處，將橋面中心作為坐標原點，在[-6m，6m]的范圍內設置觀測線，基本覆蓋;在輸電線路與高鐵平行的情況下，只需采用一條觀測線即可;對于電路與高鐵交叉的情況，需要采用多條觀測線，且每條觀測線之間的距離應在5m左右。

2.2有限元模型約束、載荷及接觸設置

在輸電線兩端和3張防護網兩側分別與橫梁、主塔及副塔相連的網格結點處約束3個方向的平動自由度，在模擬地面的剛性面添加參考點并施加完全固定約束。在整個仿真計算過程中，輸電線斷線在自身重力作用下掉落;故對輸電線有限元模型施加重力加速度g作為載荷，其中g取9.81m/s2。輸電線斷線與防護網及輸電線斷線與地面之間的接觸屬性，在法向行為上通過硬接觸模擬，在切向行為上通過庫侖摩擦模型模擬，采用罰函數方法計算。假定輸電線斷線與地面接觸后動能被完全吸收，兩者接觸部分不再分開。輸電線斷線與防護網之間的摩擦系數為0.12，輸電線斷線與地面之間的摩擦系數按照輸電線在沙土中移動的摩擦系數取值為1.5。

2.3電力電纜接地方式選擇

為降低感應電流對電力電纜的損耗以及避免牽引網發生短路故障時電力電纜感應電流對維修人員構成威脅，將電纜金屬護層接地方式設為雙端接地、單端接地和中間接地3種方式，對比其感應電流大小.?在牽引網短路狀態下，沿電纜方向分為50個小段，每小段作為一個電纜采樣點讀取3種接地方式的金屬護層感應電流數據，電力電纜單端接地時，感應電流從接地端到另一端由大到小分布，這是由于接地端地中電流更易侵入金屬護層;電力電纜中點接地時，感應電流呈中間高兩端低的趨勢，中點由于接地使地中電流流入電纜部分較多，中點以左部分牽引網連接牽引變電所取流大，導致電纜感應電流中點出現拐點.?因此，中點接地和單端接地能較好地降低電力電纜感應電流，電力電纜感應電流從小到大的接地方式依次為中點接地、單端接地和雙端接地.

2.4電氣化鐵路中輸電線路保護設置

1）繼電保護啟動部分。目前，為了削弱電力機車帶來的沖擊電流對系統繼電保護的影響，啟動裝置一般選擇基于暫態量和基于穩態量兩種原理相互補充的模式，這樣既能縮短保護的啟動時間，同時提高保護的可靠性：2）零序電流保護部分。這種保護一般分為四段，實現各種保護的配合，能準確的反應輸電線路上的非對稱性故障，保護的配合及定值，調試員可以根據實際的系統進行整定設置;3）距離保護部分。這種保護一般裝設三段，不同型號的保護，動作采用的判據有所差別。例如，CSL161A型號保護一般選用多邊形動作特性作為其判據，不同保護的定值可以單獨進行設置，在時間和定值上實現各段的配合：4）TV斷線和保護閉鎖部分。當電力系統輸電線路發生復合故障時，為了確保繼電保護裝置仍能在最短時間內切除故障，電氣化鐵路中加裝了突發事故保護。例如，ISA-311GRCS-941D和CSL161A繼電保護裝置在電壓互感器發生斷線時，在裝置收到斷線信息時，會自動地將距離保護從電力系統中停投，同時將電壓互感器斷線過電流保護投入運行，零序過流保護也會被閉鎖。

2.5雷擊位置對計算結果的影響

（1）當雷擊點與鐵路之間的相對位置發生改變時，正饋線、綜合地線的電位差與分布也將隨之發生改變;（2）在幅值方面，當雷擊點處于坐標0或者-2000m的位置時，正饋線中峰值的變化較小;當雷擊點與AT正面相對時，正饋線的峰值有所降低，這將意味著AT等效電容模型能夠對電壓進行抑制;（3）雷擊點位置的變化對綜合的線峰值幾乎不產生影響;同時正饋線與接觸網受此方面的影響也不大，相比來看，雷擊點與AT之間的越遠，則計算結果也就隨之增大;（4）AT能夠在一定程度上抑制雷電過電壓，但是效果不甚顯著。

結語

1）橫跨鐵路的架空輸電線路在施工過程中發生斷線事故，導致輸電線斷線沖擊防護網時，防護網滿足強度要求，跨越軌道防護裝備成功地攔截下落的輸電線斷線，對鐵路運營起到了安全防護作用。2）輸電線斷線位置不同，導致防護網所受沖擊作用不同。存在某一斷線位置，輸電線斷線在沖擊防護網的過程中，其端部略超出水平位置防護網最外側迪尼瑪繩，可穿過水平位置和豎直位置防護網之間的空當。此工況下輸電線斷線對防護網的沖擊作用最大，防護網應力也最大。3）由于架空輸電線路多種多樣，在輸電線短線沖擊防護網的仿真計算過程中進行了簡化處理，未考慮風載、多根輸電線同時斷裂等因素，后續還需進一步分析上述因素對輸電線斷線沖擊防護網的影響。

參考文獻：

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