城市轨道交通交流供电制式接触网附加导线悬挂方案研究

高曙光，刘 锐

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

随着城市轨道交通建设进度近年的爆发式增长，轨道交通线网逐渐由中心城区向周边城镇组团延伸，新建线路的运行速度普遍有了较大的提升，时速120km/h 屡见不鲜，时速140～160km/h也在大范围推广，例如北京大兴国际机场线（已建成），广州地铁18 号线、22 号线（均在建），成都轨道交通的13、17、18、19 号线（均在建）等，考虑经济性等综合因素，这些线路的牵引供电系统均采用了交流供电制式。

交流供电制式接触网常规附加导线有加强线和回流线。

其中加强型与国铁加强线类似，国铁加强线作用主要为减少线路阻抗和线路耗能提高线路末端电压，仅在首末两端通过隔离开关与接触网并联。城市轨道交通由于供电臂上列车较多，牵引网负载大，而城市轨道交通中加强线不仅具备提升网压功能，更兼做载流作用，需不大于两车间隔（约500m）与接触网设置横向电连接；回流线在地下段一般兼具接地和牵引网回流作用，采用非绝缘安装。在地面段，设置有架空地线时，回流线仅具备牵引网回流作用，采用绝缘安装；在地面段，不设置架空地线时，回流线则兼做地线，采用非绝缘安装。

因地铁净空、用地红线等限制，原国铁上采用的附加导线安装方式不能照搬到城市轨道交通，需要进一步优化。

附加导线悬挂方式受线路曲线半径、导线张力等因素的影响。

文献[1-2]中给出了导线曲线上的曲线力及风荷载计算公式，本文结合该计算方法，计算附件导线悬式安装时的极限力学状态，以解决附加导线悬式安装的适用范围问题。

1 附加导线悬挂方式简介

附加导线安装主要分为悬式安装和支撑式安装两大类，悬式安装有利于缓解导线疲劳及连接零部件磨损。支撑式安装有利于附加导线的稳态保持，如图1～图4 所示。

图1 加强线悬式安装方式

图2 回流线悬式安装方式

图3 加强线支撑式安装方式

图4 回流线支撑式安装方式

2 附加导线悬式安装时状态

直线上时，附加导线主要受风荷载影响，左右偏移幅度较小。

曲线上时，由于有曲线力及风荷载等水平力，造成附加导线悬式安装时，悬挂点状态存在偏移过度，绝缘距离不足等情况[3]（如图5、图6 所示）。从图5、图6 中可看出悬挂点偏移过度，无法满足要求。

图5 曲线段加强线悬式安装

图6 曲线段回流线悬式安装

3 附加导线悬式安装时极限状态计算

附加导线悬式安装时，主要受力为：水平方向为风荷载、曲线力，垂直方向为线材重量，零部件自重，如图7 所示。

图7 附加导线悬式安装时受力分析

附加导线悬式安装主要控制点为合力方向角度a，极端情况下a 值最大宜控制在65°。

合力方向角度a 计算公式如式（1）～式（6）[3]。

式中：wo——基本风压，kN/m2；μz——风压高度变化系数；μs——线材风载体型系数；D——线材直径，mm；A1——绝缘子风压面积，m2；L——悬挂点跨距，m；T——线材最大张力，kN；R——曲线半径，m；g——线材单位自重，kg/m。其中L、R 值为变量，a 主要受跨距与曲线半径影响。

以回流线悬式安装为例：

以成都地区为例取Wo=0.39（kN/m），μz=1.28，μs=1.2；

零部件含绝缘子自重Po=0.2kN，绝缘子风压面积0.025m2；

线材按LBGLJ-240/30，则线材单位自重g=0.8856kg/m，线材直径D=21.6mm，最大张力T=12kN。

按接触网常用跨距计算见表1。

根据表1 数据分析：线路曲线半径越小，则导线曲线力越大，造成水平方向力偏大，导线往水平方向偏移较多；而风荷载做为变量，曲线半径越小，则跨距也越小，风荷载对附加导线偏移量影响也越小。即线路小曲线半径区段，附加导线偏移量主要受曲线力影响，在大曲线半径区段，附加导线偏移量主要受风荷载影响。

从表1 可见线路曲线半径小于800m 时，在无风工况下，导线偏移约48°，但在极限风偏状态下，附加导线悬式安装偏角趋近于65°。在该工况下，悬式安装已基本不能满足工程要求。因此当线路曲线半径小于800m 时，应采用支撑式悬挂。

表1 典型数值计算分析

4 附加导线支撑式悬挂方案

附加导线支撑式悬挂有利于控制附加导线绝缘间距，不受线路曲线半径影响，且节省安装空间。工程现场小区段附加导线安装由悬式整改为支撑式的效果见图8、图9。

图8 曲线段加强线悬式安装

图9 曲线段回流线悬式安装

整改后悬挂零部件状态及空气绝缘间隙都得到了保证，有效解决了现场实际问题。同时改为支撑式悬挂以后，有利于控制附加导线与相邻线路的安全间距，工程施工时，可调整空间大。

正线大长直线区段附加导线一般采用悬式安装，此时附加导线的偏移量主要受风力影响，为避免大风天气造成附加导线舞动幅度及频率过大，应考虑间隔一定数量的悬挂点采用一处支撑式悬挂，以减小大风天气产生的可变水平力对附加导线的影响。

5 结语

附加导线作为接触网系统的重要组成部分，其安装方式对接触网和其他专业（限界、供电、通信、声屏障等）均会产生影响，城市轨道交通正线线路最小曲线半径达400m，站场线路最小曲线半径达150m[4]。设计时，附加导线悬挂方式的选择应根据线路条件、接触网平面布置等因素综合考虑计算后确定，避免返工整改，造成资源浪费。施工前应对施工图纸和输入资料进行校验，并根据工程现场实际情况和测量数据对设计图纸进行优化，在工程实施前规避因设计和工程现场特殊情况造成的工程浪费。

AC25kV 柔性接触网在城市轨道交通领域的应用越来越广泛，城市轨道交通与国铁线路条件不同、运营模式不同，在吸取国铁优秀经验的同时，必须结合现场实际进行优化以满足城市轨道交通运营的需要，在建设过程中不断完善，为城市轨道交通建设的发展提供坚实的技术保证。