刚性接触网定位点改造方案研究

0引言

架空刚性接触网以其结构简洁紧凑、占用空间小、无断线隐患、安全性高、维护简便、成本低廉、适应性强、应用广泛、故障点少等优点[1]已成为接触网设计中的主流。

架空刚性接触网主要应用在地铁线路的地下段,根据地下段的隧道类型匹配对应的接触网定位安装形式,不同隧道类型的接触网设备安装形式有较大区别,主要有矩形、圆形和马蹄形三种接触网定位点安装形式。但一般来说,圆形隧道的长度在一条地铁线路中占比最大,迫切需要解决其低净空情况下接触网设备安装问题。

某城市轨道交通DC1 500 V的地铁线路,因隧道出现异常沉降导致轨面连线至隧道顶的实测净空严重被侵占,不满足接触网定位点设备安装净空一般高于4 400 mm的设计规范,难以满足接触网正常的定位点安装要求,接触网施工无法实施。为解决此问题,从接触网方面进行深入分析,研究可行的技术方案。本文提出了5种接触网非常规安装方案,可为今后的超低净空施工提供参考。

1低净空的正常安装方式

根据GB50157—2013《地铁设计规范》的要求,隧道内接触线距轨面的高度不小于4040 mm,设计上常把接触网定位点处的接触线距轨面高度设计为4 050 mm,以保证满足规范要求。以地下线路圆形隧道的直行段为例,当隧道净空为4 400 mm时,接触网采用正常的定位点安装方式。

接触网定位点设备由接触线、汇流排、汇流排定位线夹、针式绝缘子、槽钢及化学锚栓组成,如图1所示。其中汇流排加接触线高度为120 mm(汇流排高度为110 mm,接触线高度为10 mm),汇流排定位线夹高度为50 mm,针式绝缘子高度为100 mm,槽钢高度为40 mm,槽钢到隧道最高点距离为40 mm,隧道安装净空h=4050+110+10+50+100+40+40=4400mm。圆形隧道的净空顶点为弧形最高点,当轨面连线到隧道顶的净空高度为4 400 mm时,计算出正常接触网的设备安装高度为4 400—4 050=350 mm。

当轨面连线到隧道顶的安装净空高度h<4 400mm时,可考虑减少接触网零部件的数量,但在工程中很难实现,可改为考虑调整每个零部件的高度来降低接触网的设备安装高度。

2超低净空的接触网定位点特殊安装方式

2.1接触网定位点特殊安装方式一

该安装方式为优先考虑更换绝缘子,挑选满足爬电距离的单层伞裙针式绝缘子,替换双层伞裙针式绝缘子。此方案的接触网定位点设备由接触线、汇流排、汇流排定位线夹、单伞裙针式绝缘子、槽钢及化学锚栓组成,如图2所示。该绝缘子的高度由100 mm降为93 mm,绝缘子节省安装高度7 mm,则接触网定位点的设备安装高度由原来的350 mm降至343 mm。该方案在隧道安装净空h=4 393 mm的情况下适用。

此方案的缺点:1)双层伞裙绝缘子有中部的折叠层,而单伞裙针式绝缘子没有,导致暴露在外部环境的面积更大,更容易受隧道潮湿环境及碳粉、铁屑等干扰,增加发生绝缘闪络事件的概率;2)单伞裙绝缘子暴露面积大,更容易受到外力破坏,破坏后其强度急剧下降;3)绝缘子的清洁需要针对性制定非常规的检修周期以保证安全。

2.2接触网定位点特殊安装方式二

在正常安装方式基础上进行微调,研究出方案二,该安装方式为水平槽钢的左右两边各切出一个边长为110 mm、高20 mm的直角三角形,切角处重新喷涂镀锌层,以此异形槽钢替换正常的水平槽钢。此方案的接触网定位点设备由接触线、汇流排、汇流排定位线夹、针式绝缘子、异型槽钢及化学锚栓组成,如图3所示。该槽钢离隧道顶的高度由原来的40 mm降为25 mm,槽钢节约安装高度15 mm,接触网的设备安装高度由350 mm降至335 mm。该方案在隧道安装净空h=4 385 mm的情况下适用。

此方案的缺点:1)槽钢的切割工艺要求高,同时需要做好镀锌修复,现场严格验收,验收合格后才能进行安装;2)GB50157—2013《地铁设计规范》规定DC1 500 V地铁线路中接触网带电部分和混凝土结构体、车体之间的最小静态距离为150 mm,现场安装容易出现绝缘距离小于150 mm的情况,需要严格控制拉出值,对现场质量把控人员提出了更高要求;3)维保单位没有备件的情况下,后续自行切割制作,易造成后期槽钢锈蚀。

2.3接触网定位点特殊安装方式三

在正常安装方式基础上进一步压缩空间,满足更低净空的安装要求,方案三挑选可满足安装原有定位线夹和接触线的小型汇流排,替换原有普通汇流排。此方案的接触网定位点设备由接触线、小型汇流排、汇流排定位线夹、针式绝缘子、槽钢及化学锚栓组成,如图4所示。汇流排高度由原来的110 mm降为70 mm,汇流排节省安装高度40 mm,接触网的设备安装高度由350 mm降至310 mm。该方案在隧道安装净空h=4 360 mm的情况下适用。

此方案的缺点:1)由于带电体与接地体的距离缩进了40 mm,现场需要根据拉出值的布置切除化学锚栓的外漏螺杆来满足绝缘距离大于150 mm的要求,对现场验收极其不利;2)由于采用小型汇流排,载流量不如正常汇流排,所以后期取流增加时,需要增加载流量的设计;3)镀锌的防腐层验收尤为重要,化学锚栓的更换需要重新在隧道壁打孔,运营期间更换化学锚栓,涉及作业时间和运营安全等问题,极其不利于运营。

2.4接触网定位点特殊安装方式四

对零部件进行持续研究,得出方案四[2],节约的安装空间和方案三相近。此方案采用高度只有12 mm的U型支架替换原有的槽钢。此方案的接触网定位点设备由接触线、汇流排、汇流排定位线夹、针式绝缘子、U型支架及化学锚栓组成,如图5所示。槽钢高度由40 mm变为12 mm,槽钢到隧道最高点距离由40 mm降为20mm,即原有槽钢的安装高度由80mm降为32mm,槽钢节省安装高度48 mm,接触网的设备安装高度由350 mm降至302 mm。该方案在隧道安装净空h=4 352 mm的情况下适用。

此方案的缺点:1)采用的一体压铸成型U型支架不具备拉出值调整的条件,为保证带电体和接地体的绝缘距离大于150 mm,后期涉及高度调整都需要整体拆除U型支架,或需要对轨道进行调整才能满足接触线到轨面连线的高度要求;2)为提高绝缘的安全等级,需要对U型支架的内面喷涂绝缘漆,后续需要定期跟进绝缘漆的绝缘情况,定期补喷,增加工作量;3)无调节余量,易出现接触网硬点,造成弓网匹配度不佳,形成打火拉弧等现象。

2.5接触网定位点特殊安装方式五

考虑极端恶劣的净空条件,组合以上方案可以使得安装净空h的理论计算值进一步降低,即使用U型支架、单伞裙式针式绝缘子和小型汇流排,得到最低的净空。此方案的接触网定位点设备由接触线、小型汇流排、汇流排定位线夹、单伞裙针式绝缘子、U型支架及化学锚栓组成,如图6所示。该方案直接将接触网的整体安装高度由350 mm降至255 mm,在隧道安装净空h=4 305 mm的情况下适用。

此方案包含方案一、方案三和方案四的所有缺点,同时还存在以下缺点:1)机械强度、载流量、弓网匹配度等总体来说都是最差的;2)大部分零部件都是非标件,故障概率更容易累积,使得故障频发;3)后续运营期间对维保人员的技能水平和责任心都提出了更高的要求。

3结束语

本文针对圆形隧道线路直线段净空小于4400mm的接触网定位点安装研究出5种方案,通过分析各方案的缺点,提出了适用于不同净空范围的安装方案,为解决超低净空区间的接触网设备安装问题提供了参考。如果从接触网专业以外出发来研究方案,则可凿隧道壁使得安装净空向上扩展或凿道床使得安装净空向下扩展。

[参考文献]

[1]吴永明,吴云飞.城市轨道交通低净空区段刚性接触网悬挂解决方案[J].电气化铁道,2023,34(增刊2):166—169.

[2]代洪宇,钱琳.地铁低净空盾构隧道接触网通过方案研究[J].电气化铁道,2022,33(5):78—80.

《机电信息》2025年第22期第17篇