0概述

　　接触网作为电气化铁路的重要组成部分，一旦发生故障，直接影响到铁路的正常运输。电气化改造工程施工过程中普遍存在既有隧道接触网距隧道壁静态绝缘距离不足以及防水工程不能彻底解决隧道渗漏水的问题，隧道渗漏水严重，尤其开通后雨雪天气，安全风险大大增加，无法保证接触网设备运行安全，极易发生接触网跳闸甚至断线事故。

　　本文将通过举例辛泰线隧道接触网加强绝缘等提高供电安全的方案研究，旨在尽可能增加电气化区段隧道内接触网设备运营安全性。
 

　　1既有设备概况

　　辛泰线隧道均位于临淄至莱芜东区段，共有既有隧道21座，总长度10850.1m，均为圆拱直墙式隧道，隧道维持既有"隧限－1甲"建筑限界。本线隧道均为78、79年修建，净空较低，隧道病害严重，普遍存在渗漏水及衬砌开裂、侵蚀。

　　如下图：

　　2隧道接触悬挂设计方案

　　根据初步设计批复，"……其中临淄至莱芜东隧道群地段按满足通过超限货物列车设计，"该区段货物装载高度为5000mm。根据《铁路技术管理规程》铁道部令第90号第156条"接触网带电部分至机车车辆或装载货物的距离，不小于350mm"，再考虑50mm的接触网施工误差，因此最终确定，临淄-莱芜东隧道区段接触导线最低高度为5400mm。

　　（1）净空大于6250mm的隧道，接触网采用链型悬挂，悬挂方式采用常规的隧道水平悬挂装置，跨距30m，15m一悬挂，15m一定位。

　　（2）净空大于6000mm不足6250mm的隧道，接触网采用简单悬挂，承力索于隧道口断开，悬挂方式采用弹性支撑，跨距12m。

　　3施工完成后现场调查情况

　　隧道接触网施工完成后，设备管理单位对辛泰线隧道内漏水结冰情况进行现场排查，经检查发现7处隧道渗漏、结冰异常严重，部分位置已直接短接接触网设备，如接触网送电开通，极易引发接触网断线、塌网事故。

　　如下图：

　　4措施研究

　　隧道漏水对供电设备的影响：隧道漏水、潮湿的环境会使增加隧道接触网带电部分（主要是承力索）对隧道壁闪络放电的可能性，而影响最严重的情况当发生在冬天，漏水处在承力索上方附近结成冰柱与带电部分（主要是承力索）距离过小，引起短路跳闸。
 

　　4.1方案1

　　通过以上情况分析增加带电部分至隧道壁的空间绝缘间隙是最直接的途径。辛泰线隧道区段接触线的高度为5400mm，因此，若取消承力索或承力索绝缘（吊弦也需绝缘），将能大大增加接触网带电部分距隧道壁的空气绝缘间隙，理论值大于850mm。
 

　　4.1.1供电验算
 

　　取消承力索或承力索绝缘的前提条件是供电能力验算，经供电计算，验算结果如下：

　　（1）载流量验算

　　莱芜东至苗山供电臂最大有效电流为：284A；

　　源迁至苗山供电臂最大有效电流为：370A；

　　源迁至西桐古供电臂最大有效电流为：256A；

　　刘征至西桐古供电臂最大有效电流为：254A。

　　根据计算结果，在隧道区域实施简单悬挂，导线载流量可以满足要求。

　　（2）接触网末端网压验算（电力系统压降按2kV考虑）

　　莱芜东至苗山供电臂末端最低网压为：20.23kV；

　　源迁至苗山供电臂末端最低网压为：20.33kV；

　　源迁至西桐古供电臂末端最低网压为：21.64kV；

　　刘征至西桐古供电臂末端最低网压为：22.3kV。

　　根据计算结果，在隧道区域实施简单悬挂，供电臂末端最低网压大于20kV，可满足要求。
 

　　4.1.2具体措施
 

　　经供电能力校验满足后，本方案在隧道口处将承力索卡绝缘，隧道内吊弦改用绝缘吊弦以防止接触线的电流窜至承力索，通过这种形式使隧道内承力索仅作为悬挂接触线使用，不再作为承载电流分流使用。

　　绝缘吊弦由尼龙绝缘轮，不锈钢夹板（外包绝缘护套），接触线吊弦线夹组成。承力索从绝缘尼龙轮中穿过固定，利用不锈钢钢板与接触线吊弦线夹固定连接。绝缘吊弦安装图如下：

　　尽管不锈钢夹板是带电，但是相对于贯通线路的带电承力索，采用此方案仅仅是吊弦安装点处带电，且不锈钢夹板是外包绝缘皮，能大大降低隧道内发生闪络放电以及冬天漏水电结冰成柱引起短路跳闸的可能性。

　　为了保证接触网性能，该方案对吊弦制作要求严格。因为该吊弦结构上为保证电流不上窜至承力索采用刚性连接方式，相比起传统的线索式吊弦，每跨距中每根吊弦长度的精准度要求较高。为了实现本方案，施工单位需测量各隧道已经安装完毕的吊弦长度数据并提供厂家进行定制加工。
 

　　4.2方案2

　　一般情况下，隧道结冰常发生洞口处（隧道中部最低温度较隧道洞口处要高5℃，参考自《铁路电力牵引供电设计规范》TB10009条文解释第5.2.4条）或洞口处比隧道中部更早发生结冰现象。若隧道口处出现漏水处结冰成柱的现象，基本能反应出放电闪络或短路跳闸的可能性加大，因此在隧道洞口增加视频监控装置，当观测处隧道口处出现结冰现象，运营单位即可组织前往隧道打冰，以防止事故出现。
 

　　4.3方案3

　　由于真正引起短路跳闸故障的是承力索上方漏水处结冰成柱蔓延至承力索处，因此，通过实际观测，针对在承力索上方实际的漏水处增加隧道融冰装置，利用电加热板覆盖住隧道壁的渗水结冰位置，通过开启电控箱可实现对电加热板加热控制，隧道融冰装置的功能如下：

　　（1）避免隧道渗水结冰位置冰挂的形成，达到除冰效果；

　　（2）能够有效的消除因结冰原因而造成的跳闸、接触网线索烧断等接触网线路事故；

　　（3）对除冰工作负责人员的个人安全有了保障，不再出现打冰、运冰中存在的各种安全隐患。

　　隧道融冰装置采用矿物电缆电阻发热原理，将温度传导到加热板，加热板安装在隧道内渗水点处，通过高于冰点的温度来避免隧道内所渗出的水凝结结冰，从而消除因挂冰而引起的机车线路事故。隧道融冰装置本身还附带引流导管，隧道温度高的时候可以将装置电源断开，将隧道漏水引流到安全的地方，既可防冰，也可防水。

　　系统主要由控制箱、电加热板、环境测温传感器、穿线管等附件、加热电缆、板内测温传感器、不锈钢化学锚栓、外接电源线组成。组成图如下：

　　实际现场安装如下：

　　然而，在既有隧道接触网上方增加悬挂设备，随着运行时间增加有可能存在老化的风险，增加接触网设备安全的风险性。
 

　　4.4方案4

　　增加接触网带电部分绝缘间隙的另一种方案是隧道内断开承力索，接触网悬挂方式由链型悬挂改为简单悬挂。改造后，取消承力索和吊弦，理论上接触网带电部分（接触线）距离隧道壁至少850mm，大大降低了放电闪络及漏水点结冰成柱以至于短路跳闸的几率。

　　简单悬挂接触网性能较链型悬挂差，与链形悬挂架空接触网相比该系统的接触线弛度较大，跨距必须缩短以使接触高度尽可能接近一致，另外锚段长度不能太长。
 

　　5结论

　　本文以辛泰线隧道接触网加强绝缘等提高供电安全的方案研究为例，通过认真分析隧道漏水、结冰对供电设备的影响，提出了4个方案，并对每个方案的利弊进行了阐述。建议，具体方案的实施应根据既有设备情况综合考虑工程投资、施工难度、运营维护成本、运行安全以及对既有接触网技术标准的影响等方面综合比选。

　　参考文献

　　[1]鲍国平《隧道内接触网的冰害分析及防护措施》（选自《科技传播》2014第12期）

　　[2]魏俦元《智能电气化铁路隧道融冰装置研究与应用》（选自《电气化铁道》2013第3期）

　　[3]《铁道部关于辛泰、磁东、东莱铁路电气化改造工程初步设计的批复》（铁鉴函[2013]294号）.

　　[4]《铁路技术管理规程》（铁总科技[2014]172号）.

　　[5]《改建铁路辛泰线、磁东线、东莱线电气化改造工程施工图》北京中铁建电气化设计研究院有限公司