■ 李紅梅

李紅梅：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，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施，應滿足動車組安全運行需要，并適應高速度、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方案的抗災能力設計，吸納國內(nèi)外抗災最新研究成果和工程改良措施，參照最新國際技術標準，重點借鑒德國、荷蘭和日本高速鐵路接觸網(wǎng)工程建設經(jīng)驗。

1 主要抗災設計預案

在武廣高速鐵路接觸網(wǎng)設計中，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難風險，結合災難風險指標分析，實施了經(jīng)濟技術允許范圍內(nèi)的有效抗災能力分析和優(yōu)化加強技術方案的設計。

1.1 抗風災

武廣高速鐵路的接觸網(wǎng)設計充分參考國際結構荷載計算的可靠度理論體系。在設計中采用了GB50009-2008《建筑結構荷載規(guī)范》附錄D.5.3全國基本風壓圖，按照規(guī)范的強制性要求，采用50年一遇的結構計算基本風壓，同時分區(qū)段考慮高路堤、橋梁及明顯強風地帶的風壓高度變化系數(shù)及修正系數(shù)。參照EN50119修訂版的條文選用了接觸網(wǎng)結構荷載計算用的風振系數(shù)，確保全線H型鋼支柱、隧道吊柱、腕臂結構等的抗風能力。腕臂結構采用腕臂支撐、定位器防風拉線等抗風設計方案。隧道內(nèi)設計風速根據(jù)國際高速鐵路測試數(shù)據(jù)進行選用，確定了預埋槽道基礎的抗振抗風設計方案。在接觸網(wǎng)最重要且相對薄弱、事故后恢復困難的錨段關節(jié)區(qū)、道岔區(qū)，仿效風災較為嚴重的英國、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，分散了風載對支柱的扭矩作用，使事故恢復能力成倍提高。

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

1.2 抗冰雪災害

根據(jù)全國氣象條件調(diào)查，充分考慮類似2008年冰雪災害致使導線覆冰等情況，接觸網(wǎng)的結構強度設計能夠滿足應對冰雪災害要求。

針對冰雪引起的絕緣器件短路、導線上覆冰對受流運行的影響，增加相應的溶冰措施。如在變電所設置溶冰加熱裝置，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。在絕緣器件設備（如分段絕緣器、開關設備等）處設置噴灑溶冰介質(zhì)的設備，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

接觸網(wǎng)的基礎、結構和設備設計應考慮所處環(huán)境的地震烈度，同時預留可靠度系數(shù)在水災情況下的荷載要求，確保在災難時機車不運行的情況下，接觸網(wǎng)盡可能不發(fā)生結構大面積坍塌，便于災后重建和盡快投入運營。

1.5 抗火災

火災較易在鐵路隧道中發(fā)生，參照歐洲鐵路聯(lián)盟TSI SRT相關條款的強制性規(guī)定，接觸網(wǎng)在設計中預留了未來我國鐵路運輸向國際化接軌的技術條件，確保火災情況下接觸網(wǎng)系統(tǒng)斷電和安全救援，設計錨段關節(jié)為：長度大于900 m的隧道口處，有條件時盡量設置絕緣錨段關節(jié)；長度大于6 km的隧道內(nèi)及隧道群區(qū)段，每隔6 km設一處絕緣關節(jié)；長度大于2 km的隧道口處增設半錨段的過渡區(qū)，隧道洞口內(nèi)設置無補償下錨，隧道外設置全補償下錨。

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

1.6 抗雷電災害

武廣高速鐵路韶關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上，下列重點位置設置氧化鋅避雷器。

（1）供電線上網(wǎng)處。

（2）雷害多發(fā)地區(qū)正線錨段關節(jié)處、電分相關節(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 抗閃絡故障災難的接地保護設計

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、過電壓故障時對設備的損害。

1.8 鳥類防護設計

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)對其他結構物的閃絡短路災難。同時，對自然保護區(qū)的鳥類生存安全也構成巨大威脅。為此，武廣高速鐵路采取如下設計方案。

（1）對接觸網(wǎng)支持裝置結構進行優(yōu)化，避免提供鳥類棲息所需的具有一定外形的結構或場地。優(yōu)化支柱、肩架、設備托架、硬橫梁等結構，如采取在支柱頂端設置AF線肩架、對開關托架間距進行優(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、跨線建筑物等預留閃絡保護接地網(wǎng)的技術方案，并接入綜合接地系統(tǒng)，避免鳥類飛過可能造成的閃絡大電流故障，引起跨線建筑物被燒毀。

2 避免接觸網(wǎng)在災難中斷網(wǎng)的應急預案

2.1 提高系統(tǒng)抗災能力的供電分段優(yōu)化

武廣高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)為提高抗災能力，設計在事故或自然災害發(fā)生時，通過供電分段的技術優(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。主要技術措施包括：渡線間設反行關節(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、隧道增加接地開關和絕緣分段關節(jié)、全線開關納入遠動控制等。

2.2 加強接觸網(wǎng)災難情況下的搶修能力

電氣化鐵路建設質(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納入鐵路救援體系建設中。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。完善供電搶修預案和手段，接觸網(wǎng)搶修列車配置到供電段。在每個車站設置或預留接觸網(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。建議各鐵路局結合硬件條件預留、配備搶修力量和救援裝備，適當增加搶修備品備件，保證搶修人員配備到位并定期加強技術培訓。

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政策和措施。

（2）提高地方電力跨越線架設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 結束語

武廣高速鐵路接觸網(wǎng)設計所采取的防災技術措施，主要是針對風災、火災等意外災害的加強措施。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或機車不斷電自動過分相的不當使用時，也可能引發(fā)牽引供電不同電氣分相間的相間短路，進而可能導致接觸網(wǎng)塌網(wǎng)等嚴重事故。因此，還需結合列控等新技術新設備，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)技術性能優(yōu)良，安全穩(wěn)定運行。

[1]GB 50009—2008 建筑結構荷載規(guī)范[S]，2008

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

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

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