鐵路專用線工程接觸網(wǎng)設(shè)計中若干問題的探討

郭紅星

(中鐵二院西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,西安　710054)

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鐵路專用線工程接觸網(wǎng)設(shè)計中若干問題的探討

郭紅星

(中鐵二院西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,西安710054)

摘要：為了使鐵路專用線及其接軌站接觸網(wǎng)設(shè)計既滿足技術(shù)先進性、又兼顧合理性與經(jīng)濟性,緊密結(jié)合既有接觸網(wǎng)實際情況,對設(shè)計中的接觸線懸掛點高度選擇、專用線牽引供電方式選擇、既有接觸網(wǎng)分相遷改以及專用線接觸網(wǎng)故障切除等重要問題進行深入分析與討論,提出相關(guān)問題的解決方案,從而使設(shè)計更加合理、優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鐵路專用線；接觸網(wǎng)；設(shè)計

鐵路專用線是由企業(yè)修建并接軌于國家鐵路或者其他鐵路線路的岔線，其主要作用是：使貨物在企業(yè)廠區(qū)與其臨近國鐵或其他鐵路車站之間無須汽車轉(zhuǎn)送而直接進行接收與發(fā)送。與汽車轉(zhuǎn)送相比，由于鐵路專用線運輸具有安全、快捷以及低成本等特點，所以越來越多的工業(yè)企業(yè)計劃修建自己的鐵路專用線來運輸其原料與產(chǎn)品，而我國大部分線路已經(jīng)實現(xiàn)了電氣化，因此鐵路專用線工程接觸網(wǎng)配套設(shè)計也越來越多。鐵路專用線工程中的接觸網(wǎng)設(shè)計與一般的國鐵接觸網(wǎng)設(shè)計有很大不同，其主要表現(xiàn)在：鐵路專用線接觸網(wǎng)設(shè)計必須結(jié)合既有接觸網(wǎng)情況來制定技術(shù)標準與方案，需要既滿足技術(shù)先進性又兼顧經(jīng)濟性，而且還需要考慮與站場、信號等專業(yè)之間的相互協(xié)調(diào)與配合問題，因此要考慮的問題比新建接觸網(wǎng)設(shè)計要多并且復(fù)雜。筆者通過總結(jié)近年來數(shù)條專用線接觸網(wǎng)的設(shè)計實踐，就鐵路專用線工程接觸網(wǎng)設(shè)計中的若干設(shè)計問題進行探討。

1接軌站接觸線懸掛點高度設(shè)計及探討

《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》(TB10009—2005)[1]中第5.1.4條規(guī)定：編組站、區(qū)段站等配有調(diào)車組的線、站，接觸線距軌面的最低高度正常情況下可不小于6 200 mm，確有困難時不應(yīng)小于5 700 mm。目前，很多配有調(diào)車組車站的接觸線懸掛點高度一般均為6 450 mm。這是因為，我國早期的電氣鐵路中大部分站線采用的是簡單懸掛，而設(shè)計規(guī)范中第5.1.8條規(guī)定：鏈形懸掛的接觸線弛度不宜大于150 mm，簡單懸掛的接觸線弛度不宜大于250 mm。顯然，對于早期配有調(diào)車組的車站來說，其接觸線懸掛點高度選擇6 450 mm是因為受到了大量簡單懸掛的制約。然而，隨著我國電氣化鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，簡單懸掛類型已不再設(shè)計，既有簡單懸掛在經(jīng)過大修之后大部分也已經(jīng)被改造為鏈形懸掛。因此，目前國鐵接觸網(wǎng)大部分車站不存在簡單懸掛，即便個別車站存在，其簡單懸掛的數(shù)量也是很少的。所以，目前在專用線接軌站的接觸網(wǎng)改造設(shè)計中，只需要按鏈形懸掛的接觸線弛度(150 mm)來確定接觸線懸掛點安裝高度即可，而不必按簡單懸掛的接觸線弛度來考慮，這樣就可以使接觸線懸掛點安裝高度降低100 mm，而這對減輕支柱負載、縮小導(dǎo)高由車站向區(qū)間降低時的降坡范圍都有積極作用。以上解決了接軌站接觸網(wǎng)改造中接觸線弛度選取問題，但接觸線懸掛點的高度還需要根據(jù)車站實際情況來進行具體分析，一般來說有以下幾種情況。

(1)接軌站以前沒有配調(diào)車組，引入專用線后也不配備調(diào)車組，則接觸線懸掛點高度可維持既有不變。

(2)接軌站以前就配有調(diào)車組，則引入專用線后接觸線懸掛點高度可維持既有不變，或可以根據(jù)實際情況由6 450 mm降至6 350 mm。

(3)接軌站以前沒有配調(diào)車組，引入專用線需要新配備調(diào)車組，此時則需要慎重考慮接觸線懸掛點高度是否抬高至正常情況下的6 350 mm，因為抬高接觸線懸掛點高度有可能會引起腕臂柱高度不夠，也可能會引起個別軟橫跨負載超過設(shè)計規(guī)定的容量。此時，接觸線懸掛點高度可保持既有不變或略作抬高，但無論如何要使接觸線懸掛的最低點達到5 700 mm，以滿足設(shè)計規(guī)范的要求。

2專用線牽引供電方式設(shè)計及探討

在我國，電氣化鐵路牽引供電方式[2]主要有：直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式、直供加回流供電方式。其中，BT供電方式目前已基本退出應(yīng)用，而AT供電方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、保護和維護難度較大，同時造價也比較高，所以無論從技術(shù)還是經(jīng)濟角度來看都不適合專用線接觸網(wǎng)采用。因此，適合專用線的供電方式就僅有直接供電與直供加回流供兩種方式。

一般來說，當國鐵牽引供電方式為直接供電方式時，專用線牽引供電方式就選直接供電方式；當國鐵牽引供電方式為AT供電方式時，專用線牽引供電方式就選直接供電方式，但由于AT供電方式中架設(shè)的PW線具有絕緣破壞時啟動保護調(diào)閘、減小電磁干擾及防雷作用[3]，所以該方式下專用線應(yīng)架設(shè)與國鐵相同的PW線，并與國鐵的PW線可靠連通。但是，當國鐵牽引供電方式為直供加回流供電方式時，專用線牽引供電是選擇直供加回流供電方式還是直接供電方式，則除了考慮專用線長度、車流密度、所處地理環(huán)境等自身情況外，還需要重點考慮信號專業(yè)的軌道電路分布情況，因為軌道電路的分布與接觸網(wǎng)的回流線及吸上線的設(shè)置之間有著密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系。下面就不同情況下專用線供電方式的選取來進行分析與探討。

(1)對于近遠期每日接發(fā)列車對數(shù)很少的專用線，由于電力機車在專用線內(nèi)的取流時間很短，對周圍的通信產(chǎn)生的干擾時間很短，可以考慮采用直接供電方式，以節(jié)約投資。

(2)對于大部分線路處于路塹地段的專用線，接觸網(wǎng)牽引電流對周圍的通信干擾相對較小，也可以考慮采用直接供電方式。

(3)對于近期或遠期每日接發(fā)列車對數(shù)很多的專用線，當專用線長度大于2個軌道電路長度時，宜采用直供加回流的供電方式，以減少對通信的干擾；但當專用線長度小于2個軌道電路或2個閉塞區(qū)間長度時，就要慎重選擇使用直供加回流供電方式。這是因為，若采用直供加回流的供電方式[4]，在專用線內(nèi)必須至少設(shè)置1處吸上線，否則即使架設(shè)了回流線也起不到回流及消除電磁干擾的作用，而《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》(TB10007—2006)[5]13.3.6條中規(guī)定“相鄰吸上線的安裝間距不得小于兩個閉塞分區(qū)?！币虼耍攲Ｓ镁€采用直供加回流供電方式時，接觸網(wǎng)專業(yè)必須與信號專業(yè)密切配合，當設(shè)置的吸上線與信號專業(yè)的規(guī)定發(fā)生沖突時，就只能采用直接供電方式[6]。

3專用線工程中的接觸網(wǎng)分相遷改設(shè)計及探討

在專用線工程的接觸網(wǎng)設(shè)計中，有時會遇到接軌站存在站外有分相的情況，若車站線路改造時最外側(cè)道岔的位置不發(fā)生變化，則進站信號機的位置一般也不會變，此時站外分相可以保持既有位置不變。然而，當最外側(cè)道岔的位置發(fā)生變化時，則一般會引起進站信號機位置的變動，從而引起進站信號機與站外分相之間的距離發(fā)生變化。

《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》(TB10009—2005)中第5.4.10條規(guī)定“接觸網(wǎng)分相裝置距進站信號機的距離不應(yīng)小于300 m，并不宜設(shè)在大于6‰的大坡道地段?！逼渲饕康氖菫榱舜_保列車低速進站或因車站技術(shù)作業(yè)原因必須停留而重新啟動時，列車不應(yīng)停滯在接觸網(wǎng)中性段內(nèi)。因此，按照設(shè)計規(guī)范，當信號專業(yè)提供的進站信號機位置與分相間距離小于300 m時，設(shè)計通常會將分相向區(qū)間方向遷改。但是，當進站信號機向區(qū)間方向300 m內(nèi)就出現(xiàn)較長隧道時，則分相遷改至距信號機300 m以外就很難實現(xiàn)，因為分相遷改時需要將上網(wǎng)隔離開關(guān)同時遷改，而既有隧道內(nèi)一般情況下不會預(yù)留開關(guān)洞。當出現(xiàn)這種情況時，分相的遷改設(shè)計就成為了一個值得分析與探討的問題。筆者根據(jù)自己的設(shè)計實踐，提出了如下的綜合解決方案，具體為：

(1)與站線專業(yè)進行溝通，盡量減小道岔的外移量；

(2)與信號專業(yè)進行溝通，使信號機向站外的移設(shè)距離盡可能最??；

(3)調(diào)查分相所在處較大范圍內(nèi)線路坡度情況后，若發(fā)現(xiàn)列車進站時全部或大部分位于坡度較大的的長距離下坡，則可以考慮分相與進站信號機之間的距離小于300 m。因為根據(jù)機車車輛相關(guān)知識，當坡道超過一定坡度(約3‰)時，機車車輛不用動力就可以下滑。因此，即使電分相距離進站信號機小于300 m，也可以保證列車低速進站或臨時停留等候而重新啟動時，列車不會停滯在中性段內(nèi)。

例如：在隴海線鐵門車站專用線工程中，既有接觸網(wǎng)下行分相位于西安方向，并且距下行反向進站信號機352 m，完全滿足設(shè)計規(guī)范中提出的300 m距離要求。然而，由于鐵門車站改擴建引起西安方向的渡線向站外移動67 m，從而引起信號機相應(yīng)向站外移設(shè)，經(jīng)信號專業(yè)計算，信號機最小移設(shè)距離為57 m，移設(shè)后距既有分相295 m，顯然不滿足設(shè)計規(guī)范中的一般要求。但經(jīng)仔細研究分相所在處的線路坡度，發(fā)現(xiàn)該分相位于坡度為8.4‰的坡道上，并且對進站機車來說是大下坡，此時機車自身重力產(chǎn)生的下滑力遠超其與鋼軌間的摩擦力。因此，即使機車在通過該分相時速度很低或臨時停車，也不會導(dǎo)致機車意外停滯在中性段內(nèi)而發(fā)生安全事故。據(jù)此，本工程在接觸網(wǎng)遷改設(shè)計時，可以不對該分相進行遷改設(shè)計，這不但可以節(jié)省投資，而且還可以減少本工程對鐵路運輸?shù)挠绊憽?/p>

4專用線接觸網(wǎng)故障切除設(shè)計及探討

由于專用線屬于岔線，為了其內(nèi)部接觸網(wǎng)停電檢修方便，同時也為了故障時能將其供電從國鐵供電系統(tǒng)中切除出去，以縮小事故范圍，按照設(shè)計規(guī)范的要求，專用線接觸網(wǎng)應(yīng)進行單獨電分段[7]設(shè)計。

對于早期修建的專用線，由于鐵路對供電安全要求不是很高，其電分段通常僅采用一組分段絕緣器加一臺隔離開關(guān)的形式來實現(xiàn)[8]。這種方式下，當專用線內(nèi)接觸網(wǎng)發(fā)生永久性接地故障時，由于隔離開關(guān)不能自動切除對專用線內(nèi)接觸網(wǎng)的供電，從而使得專用線內(nèi)的故障無法立即從國鐵牽引供電系統(tǒng)中切除，這樣一來就延長了國鐵接觸網(wǎng)的故障斷電時間，同時對故障點的查找也帶來不便。然而，現(xiàn)行的鐵道部令第29號《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》[9]第154條規(guī)定“牽引供電設(shè)備應(yīng)保證不間斷行車可靠供電”。因此，鐵路供電部門對接觸網(wǎng)供電可靠性提出了標準更高的新要求，即：當專用線接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致國鐵供電系統(tǒng)停電時，必須能夠比較快速地對其進行切除。于是，伴隨著新技術(shù)、新設(shè)備的不斷推廣與應(yīng)用，帶遠動控制的電動隔離開關(guān)以及開關(guān)站等先進設(shè)備被大量用于專用線接觸網(wǎng)，以實現(xiàn)故障快速處理，其中開關(guān)站還具有智能切除故障的功能。但是，由于每個專用線有不同的具體情況，而且不同的故障切除裝置各方面情況也不相同，所以在具體設(shè)計時應(yīng)當綜合考慮技術(shù)、造價等各方面的因素，從而使設(shè)計在滿足要求的情況下做到更加合理、經(jīng)濟。筆者根據(jù)數(shù)條專用線接觸網(wǎng)的設(shè)計實踐，對其故障快速處理方面的設(shè)計提出了自己的設(shè)計思想與建議，具體如下。

(1)當專用線接軌站有分區(qū)所[10]并且分區(qū)所內(nèi)有預(yù)留間隔時，則可以從預(yù)留間隔出1條饋線為專用線接觸網(wǎng)供電，此時其保護可以方便地通過分區(qū)所納入整個繼電保護系統(tǒng)，從而實現(xiàn)專用線接觸網(wǎng)故障的快速切除。該方案一般需增加1臺隔離開關(guān)與斷路器，其優(yōu)點是造價低、易于管理和維護，是設(shè)計在可行性研究階段應(yīng)該首先要考慮的方案。

(2)當專用線接軌站沒有分區(qū)所，或者有分區(qū)所但所內(nèi)沒有空閑間隔時，則專用線接觸網(wǎng)需要考慮采用帶遠動控制的電動隔離開關(guān)方案[11]或開關(guān)站方案來實現(xiàn)故障的快速切除。然而，設(shè)計時到底采用哪種方案，則需要根據(jù)專用線的實際情況來確定。

一般情況，對于接觸網(wǎng)掛網(wǎng)距離較短(約2 km)且接發(fā)車很少的專用線，由于其接觸網(wǎng)距離短因而故障率低，同時短距離的接觸網(wǎng)對故障的發(fā)現(xiàn)與處理也極為有利，因此，這種情況下采用帶遠動控制的電動隔離開關(guān)方案即可。這是因為，當專用線接觸網(wǎng)發(fā)生故障引起變電所主斷路器跳閘后，變電所的故障監(jiān)測裝置可以判斷出故障的大致范圍，若專用線接觸網(wǎng)處于故障范圍內(nèi)，則可以首先利用遠動方式打開專用線首端的電動隔離開關(guān)后再手動合閘送電，若送電成功則實現(xiàn)了專用線故障的快速切除，同時可判定故障點位于專用線內(nèi)，并立即派人去查找和處理故障。由于專用線較短，接觸網(wǎng)故障能被較快地發(fā)現(xiàn)并去除，從而使專用線也能快速地恢復(fù)供電。另外，從投資角度來看，該方案的投資也不是很大。

但是，對于接觸網(wǎng)掛網(wǎng)距離長并且比較繁忙的專用線，由于其接觸網(wǎng)故障率相對較高，此時若繼續(xù)采用帶遠動控制的隔離開關(guān)方案，可以做到專用線接觸網(wǎng)故障從國鐵上切除并使國鐵接觸網(wǎng)恢復(fù)送電，但由于專用線距離長、范圍大，將導(dǎo)致使故障點查找比較耗時，從而使得專用線接觸網(wǎng)不能很快送電通車，這會引起進出專用線的列車積壓，不但對國鐵運輸組織帶來很大影響，而且還會影響專用線內(nèi)的正常生產(chǎn)。然而，若采用開關(guān)站方案，由于開關(guān)站除了具有快速切除專用線內(nèi)接觸網(wǎng)故障的功能，更重要的是能夠比較準確地定出專用線內(nèi)故障點的位置，并實時將信息傳給調(diào)度控制中心，從而能夠較為快速地找到并排除專用線內(nèi)的故障。綜上所述，距離長且比較繁忙的專用線，宜采用具有自動切除故障功能的開關(guān)站[12]。

5結(jié)語

隨著工業(yè)企業(yè)的不斷增加，國家鐵路網(wǎng)上的鐵路專用線項目也越來越多，如何結(jié)合既有接觸網(wǎng)情況來制定合理的技術(shù)標準與方案，如何在滿足技術(shù)先進性的同時又兼顧經(jīng)濟性以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，提高接觸網(wǎng)供電的安全性與可靠性是設(shè)計者關(guān)注的重點。上述觀點是在數(shù)條專用線接觸網(wǎng)設(shè)計過程中遇到的相關(guān)問題的思考以及解決方法的探討，筆者從設(shè)計角度提出了上述看法，以供接觸網(wǎng)設(shè)計人員參考與借鑒。

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Discussion on Some Problems in the Design of Catenary for Dedicated Railway Line GUO Hong-xing

(Xi’an Survey, Design and Research Institute Co., Ltd. of CREEC, Xi’an 710054, China)

Abstract：In order to achieve the advancement, rationality and economical efficiency of the design of catenary for dedicated railway lines, intensive analysis is conducted of the selection of the contact wire suspension point height, the power supply mode, the relocation of the actual catenary phase-breaker, the fault removal and other key issues associated with existing catenary conditions. Solutions to relevant problems are proposed to make the design more reasonable and optimal.

Key words：Dedicated railway line; Catenary; Design

中圖分類號：U225

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.029

文章編號：1004-2954(2015)01-0115-03

作者簡介：郭紅星(1976—)，男，工程師，1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，E-mail：GHXZHR@126.com。

收稿日期：2014-04-02； 修回日期：2014-08-11