大风地区铁路电力线路防风技术研究

赵海波

【摘 要】铁路电力线路运行受环境因素影响较大，在大风地区需要重点加强防风技术研究。文章首先对铁路电路线路受风力的影响进行分析，介绍几种防风设计的基本措施。在此基础上，对铁路电力线路防风技术强化对策进行研究，以期促进铁路电力线路防风水平的提高。

【关键词】大风地区;铁路电力线路;防风技术

中图分类号： TM75 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0187-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.090

0 前言

铁路电力线路对铁路运输安全有直接影响，由于线路在户外架设，容易受自然环境因素的影响，出现故障问题。其中，大风地区经常由于大风灾害，导致铁路电力线路跳闸，影响铁路电力设备的正常使用。严重时还会出现断线和导杆的情况，导致列车被迫停运，同时也容易引发安全事故。因此，必须提高对铁路电力线路防风技术研究的重视。

1 铁路电力线路受风力影响分析

目前铁路电力线路多数采用架空线路敷设方式，在大风地区，风力对架空线路的水平倾覆力较大，具体可采用公式P=aDMW0sin2θ进行计算。其中，P为水平方向风压，a为风速的不均匀系数，D为空气动力系数，W0为理论风压，M为受风投影面积，θ为架空线路与风向夹角。理论风压W0可采用公式W0=（ρ/2）v2进行计算，其中ρ为空气密度，v为风速。在计算过程中，空气密度ρ取值为1.2255kg/m3，风速不均匀系数a的取值范围如表1所示。从上述计算公式中可以看出，当风速越大时，铁路电力线路水平倾覆力也越大，因此容易发生线路故障及断线问题。

从以往大风地区铁路电力线路的运行情况来看，在风力达到6级以上时，发生电力线路跳闸、断线的情况较多。线路单次停电事故累计时长高达十几个小时，对铁路运输系统的正常运转产生了严重影响。这能够在一定程度上说明，目前铁路电力线路自身的抗风设计水平还有待提高，必须提高对铁路电力线路防风技术研究的重视，从而提升大风地区铁路电力线路自身的抗风能力。

2 铁路电力线路防风设计基本措施

针对大风地区电路电力线路可能受到的风力灾害影响，铁路部门在相关建设工程中，已经对线路抗风设计给予了高度重视，并积累了许多设计经验。目前铁路电力线路的防风设计措施具体包括：

（1）对绝缘子进行加固，避免在大风天气下，绝缘子或导线出现上翻的情况。从以往的铁路运维经验来看，如果风力等级较大、铁路电力线路的悬式绝缘子固定不牢固，容易在风力影响下上翻，呈水平状态，进而导致导线和铁横担容易发生碰撞。在此情况下，会增加开关跳闸的事故发生几率。因此，需要采取绝缘子加固措施，防止导线上翻，降低大风天气下的线路跳闸事故几率。

（2）选择使用耐张杆，避免绝缘子的瓶颈发生断裂，或导线被刮断。比如在某铁路电力线路中，原采用钢芯铝绞线和针式绝缘子固定方式，但在大风天气下，绝缘子瓶颈多次发生断裂，进而导致导线发生断线事故。该线路通过将直线杆改变为耐张杆，使绝缘子瓶颈断裂现象大大减少，从而降低了电力线路断线故障几率。

（3）设计并使用电力远动系统，对铁路电力线路的运行状态进行监控。通过依靠先进技术手段的力量，及时发现大风天气时电力线路的故障问题，并利用电力远动系统实现快速定位和诊断，从而为故障检修争取时间。在此情况下，能够将预防措施和检修措施相互结合，提高铁路电力线路的抗风能力。在铁路信息化建设的快速发展下，目前越来越多的电力线路被纳入到电力远动系统中，使电力线路故障排查效率得到大幅度提升。

3 铁路电力线路防風技术强化对策

3.1 优先采用防风材料

为了进一步提高铁路电力线路的抗风能力，在电力线路设计过程中，应通过优先采用防风材料，提高其自身的抗风水平。目前许多铁路已经开始采用抗风能力较强的加强型材料，包括加强型导线、绝缘子、杆塔和金具等。比如通过采用钢芯铝绞线，合理选择导线参数，能够有效提升线路抗风能力。钢芯铝绞线的拉断力计算公式为F=M1δ1+M2δ2。其中，F为拉断力，M1和M2分别为钢芯和铝芯的截面积，δ1为钢线延伸量1%的应力值，δ2为95%铝绞线应力值。相比于普通的电力导线，在同等载流量情况下，钢芯铝绞线可以通过增加钢芯截面积，提高其拉断力，从而提升导线抗风能力。在加强型杆塔的设计方面，需要确保电线杆和铁塔能够适应实际风力条件。目前在铁路电力线路中应用的加强型电线杆，主要采用预应力混凝土工艺制造，可提高主筋标准强度，配合使用高强度混凝土，提升其自身抗风能力，在大风和寒冷地区使用较多。加强型铁塔则是基于风荷载的计算结果，对钢结构进行合理设计，能够抵抗风速40m/s条件下的倾覆力，自身强度水平较高。此外，还可以通过采用加强型绝缘子材料，提高绝缘子的机械强度和防震性能。目前使用较多的加强型绝缘子采用硅橡胶复合材料制作，具体包括高强度玻璃纤维、硅橡胶、金属端头等。经过压接和硫化工艺成型，不仅自身强度高，而且具有较好的抗蠕变性和抗疲劳断裂能力，可以适用于大风地区的铁路线路工况。加强型绝缘子如图1所示。

3.2 合理设计线路结构

在大风地区的铁路电力线路结构设计过程中，可以通过适当增大导线的间距，减小电力线路的档距，提高其自身抗风能力。在以往的铁路电力线路设计过程中，由于线路档距过大，会增加导线弧垂，导致线路结构较为松弛，容易在大风中发生碰撞，因此容易发生跳闸和短路故障。通过同时增大导线间距、减小电力线路档距，能够有效解决这一问题。在铁路电力线路的杆塔基础结构设计方面，可以通过增加埋设深度和卡盘数量，增加杆塔的允许倾覆弯矩，从而降低风力影响。此外，也可以通过提高杆塔基础强度来提升其抗风能力，避免杆塔在大风中发生倾覆。在架空线路设计过程中，可以通过采用防风拉线，提高杆塔的允许倾覆弯矩。在此基础上，采取绝缘子加固措施，防止导线与铁横担发生碰撞。总体而言，在大风地区的铁路电力线路设计过程中，必须对线路结构进行优化，充分考虑线路结构设计细节可能对线路抗风能力产生的影响，通过采取合适的结构形式，提高电力线路的自身抗风能力。目前上述结构设计优化措施已经在实际铁路电力线路中得到了应用，并取得了较好的效果。

3.3 综合运用加固措施

铁路电力线路防风设计需要通过综合采用加固措施，改善电力线路的薄弱环节，从而降低在大风天气时发生线路故障的几率。比如在架空线路设计过程中，可以通过增设横担，起到对悬式绝缘子的加固作用，防止因风力侵袭，导致悬式绝缘子出现上翻的情况。针对以往采用直线杆的情况，可采取更换杆型和绝缘子加固的双重措施，具体可采用针式绝缘子、柱式绝缘子进行固定，降低绝缘子瓶颈断裂几率，从而提升电力线路的抗风能力。另外，在风灾严重地区，还需要对架空线路设计进行充分论证。目前架空线路设计主要按照最大风速30m/s或最大风速25m/s两个等级进行设计，如果实际风灾超过这一等级，架空线则会失去安全储备能力，在大风中容易出现断线和倒杆等问题。因此，在风灾严重地区，可以通过采用电缆敷设方式增加铁路电力线路的安全储备值。但是相应的，采用电缆敷设方式的工程造价也会显著提升，因此需要通过具体的计算加以论证。在可以选择架空线的情况下，应优先采用上述加固措施，提高其抗风能力，使线路能够满足实际使用需求。

3.4 不断优化运维管理

最后，在努力提升铁路电力线路自身抗风能力的同时，也需要不断加强铁路电力线路运维管理工作，提前部署防风预案，提高电力线路运行的安全性。在此方面，铁路运维部门需要与气象部门加深合作，及时获取气象预测资料，在大风天气来临前，安排好抢险人员及抢险物资。平时应制定紧急抢险预案，一旦在大风天气中发生严重的线路故障问题，要立即启动抢险预案，控制故障范围，降低故障损失，并努力缩短故障检修时间。在此方面，应重点发挥信息化技术手段的优势，为故障定位、排查提供技术支持。同时应在统一的调度管理下，及时投入人力、物理开展抢修工作，尽可能缩短停电检修时间。运维人员应熟练使用各种信息化技术软件，并对责任进行清晰划分，提高故障检修效率。在此情况下，可以为铁路运行安全提供保障。

4 结束语

综上所述，在大风地区的铁路电力线路设计过程中，必须充分考虑线路自身的抗风设计要求，对线路结构、材料选用、加固技术等进行优化，使铁路电力线路具有较强的大风灾害抵御能力。在此基础上，通过在平时加强运维管理，提前做好防护措施，可以为电路电力线路的运行安全性提供保障，从而降低事故发生几率。

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