张呼客专铁路强风地区接触网防风技术方案研究

亢佳增

（中国铁路呼和浩特局集团有限公司供电部，内蒙古 呼和浩特010050）

张呼客专铁路（张家口至呼和浩特东）作为内蒙古首条进京高铁，穿越内蒙古高原风区，电气化铁路接触网沿铁路线架设，无备用系统，受强风等自然灾害影响较大，稳定性直接影响高铁安全运营。笔者参与张呼客专风区接触网施工运营，结合设计标准和相关理论研究成果，对张呼客专风区声屏障区段接触网保护线舞动问题进行原因分析和技术改造，积累了张呼客专风区接触网施工运营经验。

1 张呼风速较大区段风偏风速及结构风速的计算

1.1 张呼客专风速较大区段的研究范围

张呼客专设计正线全长286.803 公里，地质专业提供全线风速气象条件如表1 所示。

张呼客专兴和北、乌兰察布地区最大风速为33m/s, 为全线最大，风区起点为怀安至兴和北间K284+026m，终点为乌兰察布至卓资东间K361+184m，长78km，占线路全长28%。

1.2 风偏风速计算

根据气象部门的气象资料和全国基本风压分布资料，乌兰察布地区五十年一遇基本风压在600Pa 左右，经计算，集宁地区五十年一遇基本风速为33.23m/s。

1.3 结构风速的计算

乌兰察布市集宁地区的风偏设计风速经高路堤爬坡增值效应修正后得出结构设计风速为47m/s（一般接触网结构设计风速为40m/s）。

1.4 与兰新线风速对比

目前接触网风区设计规范执行《风区200-250Km/h 电气化铁路接触网主要装备技术条件（暂行）》的通知（总运[2013]37 号），该文件3.4.3.1 中规定：接触网基本运行风速30m/s，最大运行风速50m/s。 3.4.3.2 中规定：接触网结构设计风速为60 m/s，75 m/s，80 m/s。

目前与张呼客专季风气象条件相似的有兰新线，兰新线风偏风速51m/s，结构设计风速为57 m/s，75 m/s，80 m/s。

张呼客专风偏设计风速33m/s，结构设计风速为47 m/s，低于《风区200-250Kmh 电气化铁路接触网主要装备技术条件（暂行）》以及兰新线风偏风速和结构设计风速（表2）。

兰新线大风区接触网选用钢结构整体腕臂、刚性吊弦、弹性定位器、销轴定位连接等防风零部件设计，在挡风墙区段接触网附加导线选用悬挂式架设、连接零件选用轴套式连接、加装间隔棒和防舞鞭等安装方式。根据国铁集团鉴定中心批复意见、中铁咨询设计院召开专家组会议纪要、总运[2013]37 号文规定，张呼客专强风区设计原则与兰新线不完全相同，应根据内蒙古高原风区特点及风偏设计风速、结构设计风速条件，确定风区接触网设计方案、设备选型原则。

2 张呼风区接触网设计方案

张呼客专风区设计采用了以下减小系统负载、零部件磨耗、保证绝缘间隙等方案，其它设计同非风区，为弹性链形悬挂、三角腕臂、钩环连接定位器。

2.1 支柱跨距缩小为50m。张呼客专接触网跨距一般为55m。风速较大区段减小跨距，可减小导线、支柱所受风负载，增强接触网系统整体抗风性。按路基区段8.25m高度中间柱计算，相比55m 跨距，50m跨距减小柱底风负载弯矩约5.8kNm。另因风区采用钩环连接，减小跨距可增加定位器拉力，减少定位器钩环磨耗。按导线拉出值±250mm测算，跨距50m较55m，可增加定位器拉力约50N。

2.2 隔离开关采用单独开关柱。隔离开关如采用与腕臂柱合用，隔开操作时震动影响腕臂柱稳定性，风区影响更明显。采用GHT240 特型H 钢柱，具有较好抗扭性，容量满足隔开柱要求，操作时保证自身稳定，不影响腕臂柱及接触悬挂。

2.3 电连接引线加装预绞式等距线夹。大风工况下，电连接线摆动易磨损固定端、连接线，电连接线距接地体绝缘距离难保证。增加等距线夹，使线间距相对固定，防止线索互磨；三根电连接线连成整体，增强整体抗风性。

2.4 正馈线采用V拉绝缘子固定，双耳联板孔装铜垫衬。

风区附加导线风偏较大，正馈线绝缘子V拉固定可将绝缘子风偏减小至0，保证正馈线绝缘距离。在正馈线双耳联板孔装垫衬，避免悬垂线夹螺栓与双耳连板风摆磨耗，增加零件使用寿命。

2.5 保护线采用预绞式悬垂线夹安装。通过在保护线悬挂点位置安装预绞丝、橡胶衬垫、铝合金套壳等预绞式悬垂线夹，能减小保护线固定点导线磨耗，延长保护线线索使用寿命。

2.6 使用防风型双管限制架。坠砣在强风作用下易发生坠砣错位和坠砣相对位移现象，与周边构筑物摩擦卡滞，会影响补偿效率。使用双坠砣杆可有效限制坠砣摆动幅度。

2.7 腕臂螺栓采用防松螺母。防松螺母可使零部件螺栓在风力震动下保持紧固。

3 张呼客专风区接触网保护线舞动问题

3.1 张呼客专风区保护线舞动问题概况。接触网预验收发现，张呼客专乌兰察布至兴和北间506#-522#支柱声屏障上方保护线舞动（公里标K308+440m 至K308+970m），保护线上下摆动幅度2米，每分钟摆动频率45 次，保护线舞动易造成与27.5KV 正馈线间绝缘距离不够引起的接触网跳闸。该区段在乌兰察布兴和县额尔栋镇前大卜子村，填筑路基段，呈东西走向，邻近村庄上行侧设置530 米长、3.95 米高声屏障，路基段地处丘陵断带风口区域。

3.2 张呼客专风区保护线舞动原因分析。保护线舞动主要原因为强风从丘陵豁口刮到路基声屏障时，风力遇声屏障阻力向上形成涡流，使声屏障上方保护线在跨中大幅度舞动，造成线索在悬挂点处承受的应力过大，大风舞动时零部件连接部位存在间隙易产生电位差，造成电腐蚀。保护线长期舞动会造成悬挂点预绞式保护线夹位置线索磨耗加大、线索断裂，动车组通过断线区域时，有可能造成断线的保护线卷入动车组走行部，为动车组安全运行和旅客生命财产安全造成严重影响。

4 张呼客专风区接触网保护线改进措施

将舞动问题纳入张呼客专接触网专业静态验收A 类问题，在对比兰新线挡风墙处保护线舞动问题，张呼客专风区保护线舞动处所从地形环境、风速风向、线路等级、声屏障结构高度等方面存在较大差异，供电技术人员、设计院提出符合所在风区气象条件的接触网改进方案。

4.1 优化零部件结构选型。张呼客专乌兰察布至兴和北间506#-528#支柱保护线使用预绞式悬垂线夹、“环、环”连接方式（保护线肩架U型环、吊环、单联碗头挂板、悬垂线夹），该零部件结构选型造成保护线在悬挂点处顺线路方向、垂直线路方向摆动量大、转动灵活，不易将线索舞动作用力通过零部件减弱。改进措施是更换自润滑轴承悬垂线夹，该零部件结构选型使用三孔连板代替肩架U型环，使用双联转单联挂板直接连接三孔连板和悬垂线夹，将原4 个零部件简化为3 个零部件，滑动轴承连接方式避免了“环、环”连接运行磨耗，通过零部件衰减线索的振动。

4.2 降低保护线安装高度。将保护线悬挂点高度降低1000mm，降高后保护线悬挂点距轨面高度3909mm、保护线与声屏障高差800mm，跨中保护线比声屏障高400mm、保护线与声屏障水平距离1020mm，正馈线悬挂点距轨面高度6200mm，正馈线比保护线高2200mm，满足《高速铁路接触网运行维修规则》（铁总运[2015]362 号）中附加导线对地面及相互距离的规定。保护线高度接近声屏障高度后，能够通过声屏障阻隔吹向保护线的强风，起到降低线索振幅、减少线索振动频次的作用。同时确保线在最高、最低温度时相关技术参数符合标准要求（表3）。

4.3 安装视频监控装置。在该区段安装太阳能视频监控装置，通过4G 网络拍摄传输风区接触网保护线运行状态，2019 年5 月23日张呼客专乌兰察布至局界段开展联调联试，7 月开展250km/h 新型复兴号上线运行试验，8 月配合北京局开展京张、张呼联调联试，通过CRH5A 型、380B 型、复兴号400BF 动车组及双编动车组运行，检验风区保护线防舞动措施效果良好，通过视频监控装置全面分析和人工观测点检查，采取改进方案后未发生风区声屏障区段接触网保护线舞动问题。

5 风区接触网施工验收、运营维护建议

5.1 风区接触网施工验收。总结张呼客专风区接触网施工验收经验，在施工前，加强细节设计的分析论证，在设备选型时考虑防风方面的参数要求，材料进场时对产品的准入证明等资料把关，避免因厂家产品质量造成设备隐患。施工时，做好接触网零部件紧固检查，在接触网开口销、平弹垫安装等方面按照零部件安装及力矩要求执行，防止零部件松脱；在线索架设下锚施工时，重点检查承、导下锚安装时释放旋转应力，防止下锚处线索偏转；落锚补偿绳安装时展放平顺，防止补偿绳较劲时悬挂负载，在风区运行时出现补偿绳散股、断股问题。

5.2 风区接触网运营维护重点内容。建立风区接触网设备“样本空间”管理办法，合理设置正馈线“V”拉悬垂线夹与双耳连板、保护线自润滑轴承与悬垂线夹、支持定位装置钩环连接、隔离开关引线、弹性吊索、上网引线等样本选取位置，检查桥梁、高填方路基、声屏障等重点地形位置接触网状态，对零部件磨耗、测量数据、影像照片等资料建立档案，总结接触网风区“样本空间”运行管理经验。

表1

表2

表3 张呼客专乌兰察布至兴和北522#-524#支柱接触网保护线降高数据表

加强张呼客专风区接触网检测监测工作，通过日确认车、每周2C 检测、每2 月4C 检测、每旬动车3C 数据转储分析与实时缺陷报警、接触网Ⅰ、Ⅱ级检修、大风预警天气定点观测，强化接触网状态和风区声屏障位置保护线舞动监测，发现影响接触网运行安全隐患问题及时采取措施整治。

6 结论

内蒙古高原幅员辽阔，铁路建设穿越内蒙古阴山山脉、河谷、丘陵，铁路线路平均海拔高、地形变化气流风速多变、高原季风多发，张呼客专作为内蒙古自治区首条进京高铁，内蒙古高原风区接触网设计设备选型、施工验收尤为重要。通过张呼客专兴和北至乌兰察布间接触网防风设计、介入施工、精调精整，解决张呼客专风区声屏障区段保护线舞动缺陷问题，建立符合内蒙古高铁风区特点的接触网设计施工、平推验收、检测监测、“样本空间”运行管理的办法，为包银、集大原、鄂榆高铁在内蒙古高原风区前期设计和后期施工验收奠定了基础，积累了经验。