沈丹客运专线隧道口附加导线过渡方案研究

崔艳龙，李文豪，郭雅婕

沈丹客运专线隧道口附加导线过渡方案研究

崔艳龙，李文豪，郭雅婕

通过比较AT供电方式下附加导线在隧道口转换方案的优缺点，确定了沈丹客运专线采用肩架悬挂直接跨越方式。根据沈丹客专隧道数量多且分布密集的特点，对肩架悬挂方案进行了分析和比选，确定采用正馈线由田野侧V形悬挂，转至线路侧V形悬挂，最后跨越承力索在隧道口对向下锚；保护线在田野侧正常悬挂至隧道口内壁上终端下锚，然后沿隧道壁敷设至隧道拱顶，通过隧道拱顶终端下锚进入隧道的方案。最后结合工程实际，提出了在设计和施工中处理隧道口附加导线下锚及跨越问题的若干建议。

隧道口；附加导线；AT供电

0 引言

目前高速铁路普遍采用AT供电方式，在建设中，接触网系统动态绝缘距离不足成为影响供电安全和可靠性的重要问题，该问题在隧道断面较小的线路上尤为突出，受隧道净空限制，隧道内正馈线需设置在隧道拱顶，即上、下行线路之间，而隧道外正馈线设置在线路的田野侧，这样在隧道出入口附近常涉及附加导线的过渡换边，需要进行一次正馈线和承力索的跨越，因此，隧道口25 kV线路交叉转换不可避免，这样容易引起正馈线距承力索、正馈线距隧道壁、正馈线距保护线绝缘距离不足、正馈线转角较大时与肩架和支柱绝缘距离不足等问题。在已经开通运行的石太、武广、郑西、温福、甬台温、福厦、哈大、津秦等客运专线都出现过类似隧道口绝缘距离不足导致的变电所跳闸事故。因此，在附加导线由隧道外向隧道内转换过程中，如何保证附加导线和接触悬挂、附加导线和接地体之间的动态绝缘间隙成为设计关注的重点。

沈丹客运专线沿线隧道密集，全线共计58座隧道，研究合理的隧道口附加导线过渡方案对保证供电可靠性具有重要意义。

1 自由悬挂导线的弛度计算

在2根支柱间，悬挂1根固定截面的保护线或正馈线时，线在自重和附加负载的作用下自然形成一个弛度，线索交叉时，弛度的大小对动态绝缘距离产生直接影响[1]。

自由悬挂可分为等高悬挂和不等高悬挂2种。当两悬挂点在同一水平位置时为等高悬挂。当两悬挂点不在同一水平位置时为不等高悬挂，如图1。

图1 不等高悬挂示意图

从线的弧垂最低点到两悬挂点的垂直距离称为该悬挂点的弛度F，其计算公式如下：

式中，F为等高悬挂时悬挂点的弛度；g为单位长度的自重负载；l为跨距；T为张力。

不等高悬挂时的A、B点弛度F1、F2的计算公式分别为

式中，h为悬挂点高差。

客运专线中附加导线悬挂在正常中间区段大多是等高悬挂，但在隧道口过渡时由于需要将附加导线进行抬高过渡，所以此时为不等高悬挂。

2 隧道口附加导线转换方案

隧道口正馈线的转换换边会产生正馈线和承力索的交叉跨越，跨越方式一般分为跳线方式跨越和直接跨越2类，其中直接跨越又可以根据使用轻型横梁或肩架的不同而有所区别。

2.1 跳线方式跨越

采用跳线方式跨越时，在隧道二次衬砌的侧壁上设置2个锚臂将正馈线断开，在洞门二次衬砌上设柱式合成绝缘子固定跳线，通过跳线连接使正馈线在机械上断开、电气上贯通。PW线也通过2个锚臂在机械上断开，通过跳线连接实现电气贯通。

该方案的优点是正馈线和保护线在下锚前与承力索无交叉，能很好控制AF线、PW线和接触悬挂的绝缘距离。缺点是结构复杂，成本高。

2.2 轻型横梁直接跨越

利用隧道外第1组支柱设置轻型横梁，在横梁上设置柱式合成绝缘子，隧道外第2组支柱柱顶设置柱式绝缘子，通过隧道外顺线路方向2组支柱实现正馈线跨越承力索，此时正馈线直接跨越到线路内侧，然后顺接入隧道，与承力索不再交叉。交叉点AF线与承力索距离可保证不小于1 m。PW线顺原方向在隧道口衬砌上终端下锚，用跳线连接至隧道内PW线。

该方案的优点是能很好控制AF线和接触悬挂的绝缘距离，结构稳定。缺点是结构稍复杂，成本稍高。

2.3 肩架直接跨越

该方案中AF线在隧道外逐渐由田野侧转到线路侧，由于使用肩架，所以AF线仍在线路外，最后一跨直接跨越线路，在隧道口对向下锚。PW线转换方式与使用轻型横梁跨越方式相同。

该方案的优点是结构简单。存在的问题主要是AF线直接跨越接触悬挂，跨中绝缘距离不易控制。

3 沈丹客专隧道口附加导线过渡方案比选

通过以上分析，跳线方式跨越和轻型横梁跨越这2种方案存在安装较为复杂、投资较大的缺点，而采用肩架跨越方式，简单灵活，且投资较少，在有效控制弛度的前提下，性价比最高，下文结合沈丹客专隧道多且密集的实际情况，对研究的3种方案进行比选。

（1）方案一。对于单个隧道的进出口，通过隧道外的3组支柱进行转换。正馈线先由田野侧V形悬挂转至柱顶安装，再由柱顶转至线路侧V形悬挂，最后由线路侧跨越承力索在隧道口对向下锚进入隧道，保护线的转换按照在田野侧正常悬挂至隧道口内壁上终端下锚，然后沿隧道壁敷设至隧道拱顶，通过隧道拱顶的终端下锚进入隧道。在隧道群区段，两隧道间支柱≤5根时，正馈线采用线路侧V形悬挂至隧道口对向下锚进入隧道，保护线转换同前所述。具体方案如图2和图3所示。

图2 正馈线、保护线隧道口转换方案（桥梁、路基进隧道或隧道群间支柱≥6根）示意图

图3 正馈线、保护线隧道口转换方案（隧道群间支柱≤5根）示意图

（2）方案二。对于单个隧道的进出口，正馈线先由田野侧正常悬挂转至田野侧柱顶安装，再由田野侧柱顶安装转至线路侧V形悬挂，最后由线路侧跨越承力索在隧道口对向下锚进入隧道，保护线的转换按照在田野侧正常悬挂至线路侧柱顶，再由线路侧柱顶转至线路侧长肩架，最后跨越承力索在隧道口对向下锚进入隧道。在隧道群区段，两隧道间支柱≤5根时，正馈线采用线路侧V形悬挂至隧道口对向下锚进入隧道，保护线采用线路侧长肩架安装，分别至隧道口对向下锚进入隧道。具体方案如图4和图5所示。

图4 正馈线、保护线隧道口转换方案（桥梁、路基进隧道或隧道群间支柱≥6根）示意图

图5 正馈线、保护线隧道口转换方案（隧道群间支柱≤5根）示意图

（3）方案三。对于单个隧道的进出口，正馈线先由田野侧升高且采用V形悬挂，再由田野侧V形悬挂转至线路侧V形悬挂，最后跨越承力索在隧道口对向下锚进入隧道，如图6所示。在隧道群区段，两隧道间支柱≤5根时，附加导线转换与方案一相同。

图6 正馈线、保护线隧道口转换方案（桥梁、路基进隧道或隧道群间支柱≥6根）示意图

（4）方案比较。3种方案均可实现附加导线在隧道口的转换，但方案二在跨中时正馈线和保护线的绝缘距离不易控制，而方案一和方案三能较好的控制不同导线之间的绝缘距离，但由于方案三相比方案一能减少柱式绝缘子的使用，节约成本且提高系统的可靠性，因此沈丹客专附加导线转换采用方案三。

4 结论

根据沈丹客运专线的实际情况，在研究了常用的几种附加导线转换方案的基础上，对隧道口附加导线通过肩架进行转换的3种方案进行了细化比选，确定采用正馈线先由田野侧升高且采用V形悬挂，再由田野侧V形悬挂转至线路侧V形悬挂，最后跨越承力索在隧道口对向下锚进入隧道；保护线按照在田野侧正常悬挂至隧道口内壁上终端下锚，然后沿隧道壁敷设至隧道拱顶，通过隧道拱顶的终端下锚进入隧道的方案。

此外，鉴于隧道口附加导线的转化对动态绝缘距离的影响较为敏感，结合工程实践中发现的问题，对设计和施工中处理隧道口附加导线下锚及跨越问题提出以下建议：

（1）隧道口处应充分考虑接触悬挂下锚支与附加线跨越接触悬挂时的交叉影响，隧道口外100 m范围内（约2跨）尽量不设接触悬挂下锚支。

（2）隧道内距洞口2 m范围宜设置附加导线对向下锚，保护线的下锚转换方式宜根据隧道断面、净空及区间接触网平面布置等综合考虑。

（3）隧道洞口外第1根支柱距隧道缺口里程的距离不宜过小，当正馈线转角大于5°时，悬挂宜采用双绝缘子“V形”结构悬挂。

（4）正馈线与承力索交叉处两线索均应加装绝缘护套，护套长度按交叉点左右各5 m设计。

（5）隧道内及洞口处不同相位带电体间以及带电体对地和对建筑物的绝缘间隙应考虑温度变化、风速（包括隧道内活塞风）、覆冰等影响因素，按最不利的情况进行校核，必要时可采取加强绝缘措施。

[1] 于万聚. 高速电气化铁路接触网[M]. 成都：西南交通大学出版社，2003.

[2] 中华人民共和国铁道部.高速铁路设计规范[S].中国铁道出版社，2009.

[3] 中华人民共和国铁道部.铁路电力牵引供电设计规范[S].中国铁道出版社，2005.

[4] 隧道口AF线、PW线与隧道拱壁之间绝缘距离及摩线问题解决方案[J].电气技术，2011，（4）.

Comparing the advantages and disadvantages of the projects for the transforming of additive wire at the tunnel portal in Autotransformer feeding system, and determining to choose the mode in which the additive wire cross directly with the shoulder in Shendan Passenger Dedicated Line(PDL). According to the characteristics that the number of the tunnels is large and the distribution is dense in Shendan PDL, the projects which use shoulders to hang the additive wire was analyzed and compared. The final project for Shendan PDL was determined in which the AF feeder(AF) was hung at V-shape from the side of the field to the side of line, then, crossed the catenary and droped intermediate anchor. The protective wire(PW) was hung on the side of the field until droping anchor at the wall of the tunnel portal and laid along the wall to the vault, then, droped anchor on the vault and entered the tunnel. In the end, Connecting with the engineering practice, the paper gave several Suggestions for the problems of the additive wire droping anchor and crossing in the design and construction.

Tunnel portal; additive wire; autotransformer feeding system

U231.8

B

1007-936X(2015)01-0033-04

2014-09-15

崔艳龙.铁道第三勘察设计院集团有限公司，助理工程师，电话：18502216588；李文豪.铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师；郭雅婕.铁道第三勘察设计院集团有限公司，助理工程师。