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電氣化鐵路接觸網防災安全技術體系

文檔作者：宋石巖文檔來源：哈爾濱鐵路局牡丹江供電段		點擊數：	更新時間： 2022年11月06日
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建 材 與 裝 飾 2017年 6月
電氣化鐵路接觸網防災安全技術體系
宋石巖
（哈爾濱鐵路局牡丹江供電段黑龍江省牡丹江市157009）
摘要：近幾年隨著我國電氣化鐵路的快速發展，接觸網裝備水平和技術標準顯著提高，但由于我國災害有頻率增
高、范圍擴大及影響加重等趨勢，且長大干線或高速鐵路具有跨省區長途運輸的特點，動車組列車開行和旅客出行的安全
要求也在增高，故接觸網受災故障的不利影響仍然較大，需要系統地研究和構建接觸網防災安全技術體系。
關鍵詞：電氣化鐵路；接觸網；防災
中圖分類號：U225 文獻標識碼：A 文章編號：1673-0038（2017）25-0208-02
引言
觸網運行安全受鐵路沿線災害如地震、雷電、大風、冰雪及隧
道火災等影響較大，以往這些災害較少同時同地發生，引起接觸
網故障，在接觸網設計和運營管理中尚無系統性分析和成套防
災技術。近幾年隨著我國電氣化鐵路的快速發展，接觸網裝備水
平和技術標準顯著提高，但由于我國災害有頻率增高、范圍擴大
及影響加重等趨勢，且“四縱四橫”等長大干線或高速鐵路具有
跨省區長途運輸的特點，動車組列車開行和旅客出行的安全要
求也在增高，故接觸網受災故障的不利影響仍然較大，需要系統
地研究和構建接觸網防災安全技術體系。
1 災害對接觸網運行安全的影響
1.1 地震
強烈地震的縱波、橫波造成接觸網基礎、混凝土支柱、絕緣
子、零部件等開裂或變形，引起接觸網線索較大舞動和擺動，當
電力機車運行通過時易發生弓網事故。長大隧道洞口或淺埋地
段受地震表面波的影響較大，隧道襯砌開裂現象較嚴重，造成接
觸網基礎錨固件松脫，甚至可能引起接觸網整體塌落。地震引起
接觸網基礎開裂和斷線見圖1。
1.2 雷電
直擊雷作用于承力索、接觸線、附加導線或支柱上，使接觸網
產生的過電壓峰值可達幾百到幾千千伏，導致接觸網瞬時故障，
如絕緣子閃絡或間隙放電；永久故障如絕緣子擊穿、承力索和吊
弦斷線、避雷器燒損等（見圖2），造成停電停車，甚至影響行車安
全。感應雷擊作用于接觸網附近并對地放電，空氣中迅速變化的
電磁場在接觸網上產生感應過電壓。感應過電壓一般為數百千
伏，引發接觸網跳閘事故較多，但相比直接雷擊而言，其危害性
較小。
1.3 大風
大風的非定常氣流場與接觸網、受電弓之間形成流固耦合作
用。由于接觸線低階自振頻率較低，導線受風擺動、舞動現象為
非線性大變形問題。強側風作用下接觸網將發生如下狀態變化：
①當強側風吹過路肩或擋風墻時形成渦流，接觸線風偏超限將
造成刮弓；②接觸線在強側風作用下推動定位器將定位管頂偏
并上揚，受電弓弓角可能與定位管發生碰撞；③中心錨結附近導
線張力下降、弛度加大，大跨距布置將發生風偏超標。另外，大風
天氣普遍引發接觸網電氣安全問題，如承力索與附加導線之間、
供電線（或正饋線）與雨棚結構或樹木之間絕緣距離不夠導致停
電、停車事故。
1.4 隧道火災
隧道內發生火災時的高溫可達1000℃以上，火勢瞬間向上
延伸造成隧道拱頂接觸網線索熔斷和塌網；大量煙霧、粉塵及有
害氣體污染接觸網絕緣子，造成短路閃絡；火災引起隧道襯砌強
度迅速降低，造成接觸網基礎錨固件松脫的隱患。
1.5 冰雪
接觸網覆冰將造成受電弓難以與導線接觸、取電，并引發大
范圍的吊弦和電連接斷裂、絕緣閃絡放電，甚至接觸網桿塔倒
塌、斷線停電等嚴重故障。在部分地區，還存在覆冰與微風相互
作用，導致接觸網線索大幅度共振舞動、零部件變形損壞等現
象。對于高速鐵路或客運專線，由于日常綜合維修天窗處于凌
晨，接觸網停電達4h，接觸線易覆冰或結霜，造成動車組失電或
動力不足，嚴重時引發弓網大面積拉弧、停電停車，影響旅客出
行和高鐵運輸安全。
2 接觸網防災關鍵技術
2.1 接觸網抗震
提高接觸網支柱、基礎的強度和抗震性能，在地震動峰值加
速度為0.20g 以上地區，路基地段接觸網基礎按抗震設防烈度Ⅷ
度以上設計，采用帶鋼筋籠的鉆孔樁基礎，在樁頂2.5d~3.0d（d
圖1 地震引起接觸網基礎開裂和斷線
圖2 雷電引起正饋線絕緣子擊穿和釉面燒蝕
電力建設
·208·
萬方數據
2017年 6月 建 材 與 裝 飾
為設計樁徑）長度范圍內應適當加強箍筋配置；普速鐵路采用現
澆混凝土基礎時，地腳螺栓體應采用箍筋加強。支柱采用鋼支
柱，并宜采用硬橫跨安裝形式。特長隧道或重要隧道內接觸網基
礎宜采用預埋槽道式基礎。預埋槽道無論在整體穩定性、隧道內
防災、長期運行安全等方面，還是便于施工組織方面，與后植錨
栓方式相比均具有明顯的優勢。當橋梁上接觸網下錨補償采用
滑輪組或棘輪時，除了加裝墜砣限制架外，還應考慮防止地震引
起墜砣跌落，宜采用鐵墜砣并固定成整體。提高接觸網結構機械
強度和穩定性，上部裝配采用腕臂支撐及定位管支撐，腕臂絕緣
子采用抗彎16kN 瓷質棒形絕緣子，承力索和附加導線懸掛點加
裝預絞絲護線條。供電線、正饋線等附加導線盡量采用架空方
式，但應盡量避免承力索與附加導線交叉跨越，不可避免時應確
保200mm 動態空氣絕緣間隙，承力索、正饋線增設絕緣護套。
2.2 接觸網防雷
精確掌握鐵路沿線雷電活動特性。采用全國電網雷電定位系
統和雷電監測網的雷電日、地閃密度及雷電流幅值等統計數據，
找出鐵路沿線雷電活動特性，便于接觸網采取針對性的防雷措
施和差異化設計。鐵路供電部門還可以利用雷電監測網的雷電
臨近預警功能進行預防工作，利用雷電定位功能進行接觸網雷
電故障點的快速標定，便于組織搶修工作。提高接觸網雷電設防
精度。根據雷電監測網統計的雷電活動數據計算鐵路沿線接觸
網遭受雷擊的頻度及跳閘率，并結合地形地貌（如平原/山谷、荒
漠/樹木等）及接觸網架設特征（路基/高架）等確定雷電設防標
準，細化接觸網防雷措施。對于鐵路穿越雷電活動密集地區，或
接觸網遭受直擊雷較多的路段，如平原/荒漠地區或高架橋區段，
采取以局部架設避雷線為主的防雷措施：①接觸網柱頂架設避
雷線，避雷線對承力索、正饋線的保護角不宜大于20°，避雷線宜
每200~300m 設獨立接地極，且不與貫通地線相連；②支柱接地
與貫通地線相連，當普速鐵路未設綜合接地系統時，支柱通過保
護線或回流線、架空地線等實現安全接地；③在牽引變電所出
口、接觸網隔離開關、高壓電纜頭等處采用氧化鋅避雷器。
2.3 接觸網防風
采用全補償簡單鏈形懸掛。根據簡單鏈形、彈性鏈形懸掛的
抗風性能對比，在大風環境下兩者的風偏移值接近但簡單鏈形
懸掛的抬升量較小。目前法國、意大利等沿海風速較大地區均采
用簡單鏈形懸掛，日本新干線也曾對簡單鏈形、彈性鏈形懸掛進
行過對比試驗，結果決定推廣簡單鏈形懸掛，以取代造價高、維
護難度較大的復鏈形懸掛。
采用H 型鋼柱、φ350mm 鋼管柱或透風率好的窄型格構式
鋼柱，縮小跨距至45m 以內以顯著提高接觸網抗風性能。對于接
觸線、承力索及吊弦等接觸網線材，以及套管雙耳、承力索座、定
位器支座及定位線夾等接觸網抗風性能薄弱點，根據接觸網200
萬弓架次或30 年壽命要求，接觸網線材需縮短使用年限，零部
件需提高強度，上部裝配采用腕臂支撐及定位管支撐（整體式腕
臂系統目前正在蘭新鐵路風區進行工程試驗），腕臂絕緣子采用
抗彎16kN 及以上的瓷質棒形絕緣子，承力索和附加導線懸掛點
加裝預絞絲護線條。提高零部件螺紋副的防松措施，可參考新干
線接觸網采用扣緊螺母。附加導線盡量采用電纜方式，當采用架
空方式時應考慮“V”形懸掛安裝，并應盡量避免承力索與附加導
線交叉跨越，不可避免時應確保200mm 動態空氣絕緣間隙，承力
索、正饋線增設絕緣護套。
2.4 接觸網隧道內防火
提高隧道內接觸網基礎穩定性和耐久性，可采用隧道預埋槽
道式基礎，當采用后錨固技術時，應采用滿足抗震要求的防開裂
型化學錨栓，對于寒冷地區應進行膠黏劑的耐凍融性能測試。提
高隧道內接觸網結構機械強度和穩定性，可采用剛性懸掛接觸
網，其抗震、防火效果較明顯，且已能夠適應200km/h 速度運行。
2.5 接觸網融冰
采用接觸網覆冰在線監測系統。該系統的氣象傳感器負責采
集環境溫度、濕度、風速、風向等數據，高清攝像機負責監視接觸
線、承力索覆冰狀態，環境數據和接觸網圖像通過鐵路專用通信
網傳送到鐵路供電調度中心或供電段，監測主機的軟件系統運
用視頻智能分析技術、專家知識庫進行覆冰厚度分析、報警，并
計算獲得需要的融冰電流、導線溫度及融冰時間等。采用接觸網
交流在線防（融）冰系統。在接觸網上行（或下行）供電臂與鋼軌
接地回路中串聯交流融冰裝置，通過牽引供電和融冰裝置共同
產生交流大電流的焦耳熱進行防（融）冰。交流融冰裝置設置在
分區所，電流由牽引變電所輸出，沿上行（或下行）接觸網、供電
線進入分區所，經融冰裝置后與中性線連通，構成閉環回路。交
流融冰系統根據覆冰監測數據可選擇：①在線防冰的檔位；②列
車不運行時融冰的檔位。交流融冰裝置的控制保護與分區所綜
合自動化系統連接，并納入牽引供電調度中心管理。對于電分相
中性段及車站內站線、渡線、牽出線、存車線等融冰受限處，采取
安裝特殊滑板的受電弓進行機械除冰方法。
3 結束語
接觸網是鐵路運輸安全和防災安全的重要設施。針對隧道地
震、火災及滲漏水、結冰等災害病害問題，從提高接觸網基礎穩
定性和耐久性、接觸網結構機械強度和穩定性、接觸網電氣絕緣
安全性等方面著手，努力提高接觸網供電安全性、可靠性及防災
能力。
參考文獻
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西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2008.
[2]高軍.新建鐵路隧道二襯開裂與滲漏成因和防治措施[J].鐵道技術監
督，2010（8）.
[3]蔣文杰.鐵路接觸網改造要點及相關問題闡述[J].現代工業經濟和信息
化，2016（15）.
收稿日期：2017-6-4
電力建設
·209·

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