气候对大准线电气化铁道接触网的影响分析

高建瓴

（神华准能大准铁路公司供电段内蒙古鄂尔多斯市010300）

摘要：接触网故障是电气化铁路系统中发生故障最频繁的部分之一，严重影响了电气化铁路的正常运行。在对接触网的抢修过程中，由于其故障的原因多样化，非常的复杂，使接触网抢修工作增加了难度，如果不了解故障原因，没有针对性的抢修，不但无法快速修复接触网，还会延长抢修时间，严重影响铁路交通的正常运行，给人们的出行带来不便。基于此，本文主要对气候对大准线电气化铁道接触网的影响进行分析探讨。

关键词：气候；大准线；电气化铁道；接触网；影响分析

前言

当今社会电气化铁路已经普及到各个角落，成为主要的运输方式。各大运输路线每天都要运送数以万计的货物和旅客，非常的繁忙，这就导致了接触网故障发生的频率也会随之增多，一旦发生故障，将会影响交通运输网络的通畅，影响人们正常出行，所以对电气化铁路的接触网必须重点关注，以保证交通运输网络的正常运行。

1、风对接触网的影响

风对接触网的影响不仅增加线索和支柱机械负荷，而且在各种风速和不同风向的作用下，接触网会产生摆动、振动或舞动。当接触线受到稳定的横向风作用时，电线将受到同一频率的上下交变的冲击力作用，冲击力的频率为

fF=kv/d

式中，fF为风的冲击频率，Hz；v为垂直于电线的风速，m/s；d为电线直径，mm；k为系数，一般取200。

一般来讲，如果一年中微风振动的时间长达30%～50%，那么悬挂点处由于反复拗折，将会引起材料疲劳，最后能导致断线事故。而电线舞动情况大多出现在气候较冷、冬季雨雪容易成冰的地区，其发生几率与沿线地理环境有关，在空阔的平原容易出现舞动现象。其中70%导线舞动发生在周围环境温度为0～5℃，25%发生在-6～-15℃，

其最大特点是导线覆冰厚度为3～20mm。胶东半岛的气候与此情况基本相符：地区的大风主要与强冷空气相联系，冬季每次强冷空气入侵时，在冷空气过境之处，都有大风出现；夏季大风多伴雷雨，一般为时短暂，但个别情况下能出现历年极端最大风速。最大风速达30m/s，最大风速时气温仅为-5℃。因此，一定要对接触网的舞动情况引起足够重视。一般来讲，接触网悬挂线索（一个跨距内）的风载可由下面公式计算：

P=0.615aKdlv2sinq´10-6

式中，P为线索所受的实际风负载，kN；a为风速不均匀系数；K为风负载体型系数；d为线索的直径，mm；l为接触悬挂跨距，m；v为设计计算风速，m/s；q为风向与线路方向的夹角。

2、覆冰对接触网的影响

线路覆冰对电网的安全运行威胁很大，如果对电线覆冰的客观规律认识不足，设计条件选择不当以及缺乏抗冰经验等原因，运行线路遇到重冰时，会造成严重后果。一般来讲，覆冰对接触线和承力索的危害是增强了其机械负荷，进而影响电力机车的正常运行。

近年来，由于气候恶化，内蒙古山西地区的电力系统发生了严重冰害事故，原因主要是覆冰过载及不均匀脱冰而引起。大部分线路在设计上没有考虑重冰这个特点，而且在山东地域冰害事故多发生在秋末冬初（11月）及春季（3、4月）。虽然发生冰害的几率较小，但往往成片分布。因此，对山西地区的接触网冰害应尤为注意。

在常见的风速（v＜8m/s）下，对直径不太粗（d＜40mm）的电线，粗电线的冰重比细电线的重，过粗的电线（d＞40mm）冰重反较细的电线为轻。风速越大时（v＞8m/s），电线越粗积冰越重。根据大准线周边地区的覆冰特点（见表1），大准线电气化铁道按覆冰厚度15mm，覆冰厚度时气温-5℃，覆冰时最大风速15m/s，水平偏角不大于15°进行设计。

3、雷击对接触网的影响

由于接触网的绝缘水平不高，沿铁道线路的雷云放电，大多数情况都可能引起接触网闪络。据文献分析，我国牵引供电系统中高压闪络年事故率高达7000余次，雷害引起的闪络可能是其中一个重要因素。

3.1山西省的雷电密度分析

多年统计资料表明山西省雷电活动一般规律为海湾最高，山区（次之，平原较低；平原地区正闪较高，而山区负闪较高。山西省实测统计数据与部颁标准的规定差异较大。

根据山西省电力部门的研究统计，从多年运行情况看，山区线路雷击跳闸与地形、杆型及保护角密切相关。山区线路一般都存在易击区段或某些频发性雷击杆塔。传统的防雷措施主要是提高线路绝缘水平和降低杆塔接地电阻。大准线电气化铁道为防止直雷击，在牵引变电所、开闭所、分区所内均设置了独立避雷针。在牵引变压器高、低压侧，27.5kV母线、馈出线上均设置相应电压等级的氧化锌避雷器，以限制雷电波的幅值。

3.2接触网遭受的雷击频度计算

接触网遭受雷击的频度与年平均雷暴日数Td有关，根据国际大电网会议33委员会推荐计算：当接触网侧面限界取3m，承力索距轨面平均高度取7m时，一年内，1km长的接触网所发生的雷击次数为：单线N=0.122Td1.3；复线N=0.244Td1.3。

根据电力部门的统计，山东的雷暴日数为20～30天/年，属于轻雷区，仅仅以雷击来讲，在采取一定的防雷措施后，造成的危险还不是很大。但由于尘埃、工业煤烟或由台风、季风带来的含盐海风的影响，表面污秽绝缘子的绝缘强度在雾或者小雨状态下显著降低。特别由于海盐污秽，使交流闪络电压极低（常称之为盐害）。大准线铁路要经过山西等工业重污染区，其空气尘土中含有大量的硅酸、钙铝酸和铝铁酸钙等杂质，它们易于吸潮并结壳，雨洗效果差且清扫十分困难，附着在绝缘子表面的沉积量将与日俱增，导致绝缘子表面污层电导率增大。山西市区空气中含有大量的铝钒土、二氧化硅、氟化物等强电解质，对其周围的接触网也有很大的影响。还有胜利油田及青岛沿线的高盐害区，因此在绝缘子的选择上要充分考虑外界环境的影响。

因此，可以采用复合绝缘子或在常规瓷绝缘子上涂一层复合材料，以达到降低闪络的效果。总之，在大准线应注意绝缘子的污秽闪络。

4、气温对接触网的影响

电线具有热胀冷缩的性能，一般而言，1000m的电线，当温度由38℃降低至-18℃时，铜线缩短0.95m，铝线缩短1.29m，钢线缩短0.67m。由于接触网（或承力索）的最大拉力出现在最大负荷或最低气温时，为了保证电线在任何气象条件下的拉力不超过许可拉力，因此需要找出发生最大拉力的气象条件。山西省1月份最冷，平均温度为-4.4～-0.6℃。最热月一般在7月份，但半岛东部、东南沿海，受海洋影响，最热月出现在8月份，平均气温比7月份高0.4～3.7℃。7月份平均温度，由东向西递增（23.6～27.4℃）。极端最低气温在-14.2～-26.8℃之间，极端最高气温34.0～43.0℃。因此，根据山西省气候和高速铁路的特点，大准线接触网补偿装置易采用弹性补偿方式。

5、结论

根据胶东半岛的气候来看，风载、覆冰、气温都能对接触网造成较大的影响，要根据当地的季节气候特点，注意防护。尤其在秋末冬初（11月）及春季（3、4月份），要注意覆冰的影响。虽然山东在全国属于少雷区，雷击的直接破坏影响还不是很大，但由于尘埃、工业煤烟或由台风、季风带来的含盐海风的影响，表面污秽绝缘子的绝缘强度在雾或者小雨状态下显著降低。因此可以采用以下防污措施：（1）使用泄漏距离长的绝缘子，泄漏距离不小于1200mm，对青岛地区（青岛～青岛西）以及胶黄线按特别污秽地区进行加强，绝缘子泄漏距离不小于1450mm；（2）在变电所的瓷绝缘子表面涂硅复合物，增加表面憎水性；或是直接采用复合绝缘子。（3）在铁路运行中，要监视绝缘子表面的污秽程度，充分利用“天窗”时间，增加绝缘子的清洗和擦拭频率。

参考文献

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