何昕
呼和浩特供电段 内蒙古呼和浩特市 010050
摘要：近几年随着我国电气化铁路的快速发展，接触网装备水平和技术标准显著提高，但由于我国灾害有频率增高、范围扩大及影响加重等趋势，且长大干线或高速铁路具有跨省区长途运输的特点，动车组列车开行和旅客出行的安全要求也在增高，故接触网受灾故障的不利影响仍然较大，需要系统地研究和构建接触网防灾安全技术体系。
关键词：电气化铁路；接触网；防灾
一、灾害对接触网运行安全的影响
1.1地震
强烈地震的纵波、横波造成接触网基础、混凝土支柱、绝缘子、零部件等开裂或变形，引起接触网线索较大舞动和摆动，当电力机车运行通过时易发生弓网事故。长大隧道洞口或浅埋地段受地震表面波的影响较大，隧道衬砌开裂现象较严重，造成接触网基础锚固件松脱，甚至可能引起接触网整体塌落。地震引起接触网基础开裂和断线见图1。
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1.2雷电
直击雷作用于承力索、接触线、附加导线或支柱上，使接触网产生的过电压峰值可达几百到几千千伏，导致接触网瞬时故障，如绝缘子闪络或间隙放电；永久故障如绝缘子击穿、承力索和吊弦断线、避雷器烧损等（见图2），造成停电停车，甚至影响行车安全。感应雷击作用于接触网附近并对地放电，空气中迅速变化的电磁场在接触网上产生感应过电压。感应过电压一般为数百千伏，引发接触网跳闸事故较多，但相比直接雷击而言，其危害性较小。
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1.3大风
大风的非定常气流场与接触网、受电弓之间形成流固耦合作用。由于接触线低阶自振频率较低，导线受风摆动、舞动现象为非线性大变形问题。强侧风作用下接触网将发生如下状态变化：（1）当强侧风吹过路肩或挡风墙时形成涡流，接触线风偏超限将造成刮弓；（2）接触线在强侧风作用下推动定位器将定位管顶偏并上扬，受电弓弓角可能与定位管发生碰撞；（3）中心锚结附近导线张力下降、弛度加大，大跨距布置将发生风偏超标。另外，大风天气普遍引发接触网电气安全问题，如承力索与附加导线之间、供电线（或正馈线）与雨棚结构或树木之间绝缘距离不够导致停电、停车事故。
1.4冰雪
接触网覆冰将造成受电弓难以与导线接触、取电，并引发大范围的吊弦和电连接断裂、绝缘闪络放电，甚至接触网杆塔倒塌、断线停电等严重故障。在部分地区，还存在覆冰与微风相互作用，导致接触网线索大幅度共振舞动、零部件变形损坏等现象。
对于高速铁路或客运专线，由于日常综合维修天窗处于凌晨，接触网停电达4h，接触线易覆冰或结霜，造成动车组失电或动力不足，严重时引发弓网大面积拉弧、停电停车，影响旅客出行和高铁运输安全。
1.5隧道火灾
隧道内发生火灾时的高温可达1000℃以上，火势瞬间向上延伸造成隧道拱顶接触网线索熔断和塌网；大量烟雾、粉尘及有害气体污染接触网绝缘子，造成短路闪络；火灾引起隧道衬砌强度迅速降低，造成接触网基础锚固件松脱的隐患。
二、接触网防灾关键技术
2.1接触网抗震
提高接触网支柱、基础的强度和抗震性能，在地震动峰值加速度为0.20g以上地区，路基地段接触网基础按抗震设防烈度Ⅷ度以上设计，采用带钢筋笼的钻孔桩基础，在桩顶2.5d～3.0d（为设计桩径）长度范围内应适当加强箍筋配置；普速铁路采用现浇混凝土基础时，地脚螺栓体应采用箍筋加强。支柱采用钢支柱，并宜采用硬横跨安装形式。特长隧道或重要隧道内接触网基础宜采用预埋槽道式基础。预埋槽道无论在整体稳定性、隧道内防灾、长期运行安全等方面，还是便于施工组织方面，与后植锚栓方式相比均具有明显的优势。当桥梁上接触网下锚补偿采用滑轮组或棘轮时，除了加装坠砣限制架外，还应考虑防止地震引起坠砣跌落，宜采用铁坠砣并固定成整体。提高接触网结构机械强度和稳定性，上部装配采用腕臂支撑及定位管支撑，腕臂绝缘子采用抗弯16kN瓷质棒形绝缘子，承力索和附加导线悬挂点加装预绞丝护线条。
2.2接触网防雷
精确掌握铁路沿线雷电活动特性。采用全国电网雷电定位系统和雷电监测网的雷电日、地闪密度及雷电流幅值等统计数据，找出铁路沿线雷电活动特性，便于接触网采取针对性的防雷措施和差异化设计。铁路供电部门还可以利用雷电监测网的雷电临近预警功能进行预防工作，利用雷电定位功能进行接触网雷电故障点的快速标定，便于组织抢修工作。提高接触网雷电设防精度。根据雷电监测网统计的雷电活动数据计算铁路沿线接触网遭受雷击的频度及跳闸率，并结合地形地貌（如平原/山谷、荒漠/树木等）及接触网架设特征（路基/高架）等确定雷电设防标准，细化接触网防雷措施。对于铁路穿越雷电活动密集地区，或接触网遭受直击雷较多的路段，如平原/荒漠地区或高架桥区段，采取以局部架设避雷线为主的防雷措施：①接触网柱顶架设避雷线，避雷线对承力索、正馈线的保护角不宜大于20°，避雷线宜每200～300m设独立接地极，且不与贯通地线相连；②支柱接地与贯通地线相连，当普速铁路未设综合接地系统时，支柱通过保护线或回流线、架空地线等实现安全接地；③在牵引变电所出口、接触网隔离开关、高压电缆头等处采用氧化锌避雷器。
2.3接触网防风
采用全补偿简单链形悬挂。根据简单链形、弹性链形悬挂的抗风性能对比，在大风环境下两者的风偏移值接近但简单链形悬挂的抬升量较小。目前法国、意大利等沿海风速较大地区均采用简单链形悬挂，日本新干线也曾对简单链形、弹性链形悬挂进行过对比试验，结果决定推广简单链形悬挂，以取代造价高、维护难度较大的复链形悬挂。
采用H型钢柱、准350mm钢管柱或透风率好的窄型格构式钢柱，缩小跨距至45m以内以显著提高接触网抗风性能。对于接触线、承力索及吊弦等接触网线材，以及套管双耳、承力索座、定位器支座及定位线夹等接触网抗风性能薄弱点，根据接触网200万弓架次或30年寿命要求，接触网线材需缩短使用年限，零部件需提高强度，上部装配采用腕臂支撑及定位管支撑（整体式腕臂系统目前正在兰新铁路风区进行工程试验），腕臂绝缘子采用抗弯16kN及以上的瓷质棒形绝缘子，承力索和附加导线悬挂点加装预绞丝护线条。
三、结束语
针对铁路沿线地震、雷电、大风、冰雪及隧道火灾等对接触网运行安全的影响，从提高接触网支柱基础稳定性和耐久性、结构机械强度和稳定性、电气绝缘安全性等方面着手，系统地分析和归纳整理了接触网抗震、防雷、防风、融冰及隧道防火等防灾技术，其中除了防风整体腕臂系统、融冰系统处于现场试验阶段外，其余均为接触网成熟技术。这些防灾技术与铁路防灾安全监控系统、接触网视频监控系统一起构建了接触网防灾安全技术体系，可有效提高接触网供电安全性、可靠性及防灾能力，为我国高速铁路或长大干线铁路接触网防灾设计提供参考。
参考文献：
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