架空输电线路跨越高铁线路设计安全可靠性研究
陈松波 李娟 张丽

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陈松波 李娟 张丽,. 架空输电线路跨越高铁线路设计安全可靠性研究[J]. 能源学报,202112. DOI:10.12721/ccn.2021.157113.
摘要: 铁路和电力系统在国民经济中均具有基础性、公共性和先导性的特点,双方的路、网均有点多、线长、面广的特点,在建设过程中相互交叉、跨越、占用的情况较多。随着高速铁路和电网建设速度的加快,越来越多的电力线路与高速铁路发生交叉跨越[1]。高速铁路不同于客货混跑的普速铁路,其作为快速运送旅客的专用铁路,确保运行畅通、保障旅客人身安全是首要任务,因此研究高速铁路上跨输电线路的可靠性十分必要。
关键词: 架空线路;设计;安全
DOI:10.12721/ccn.2021.157113
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1 国内现状

架空输电线路跨越高速铁路需同时满足电力行业和铁路行业的相关规范、规程要求,现行架空输电线路设计规范和高速铁路技术规程均未对输电线路跨越高铁设计安全可靠性进行明确规定,致使各种跨越高铁的输电线路的安全可靠性参数要求不统一。现行的架空输电线路设计规范《110kV~750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)自2010年实施,该版本为电力部门总结2008年雪灾经验教训,广泛征求多方意见,经过深入研究,由《110 kV~500 kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T 5092-1999)发展而来。新旧标准在影响架空输电线路结构安全的主要因素气象条件(风荷载、覆冰荷载)的取值上有所不同,在线路结构重要性系数取值上也不同,高速铁路技术规范则在跨越高速铁路的输电线路可靠性方面也未进行具体的规定。因此,本文综合电网和铁路行业相关规范及规定文件,研究电力线路跨越高速铁路安全运行影响力的评价标准体系。目前,中国铁路上海局集团有限公司管辖范围内跨越高铁输电线路均按该标准体系进行设计,至今均运营良好,在恶劣天气中未发生倒塔、断线等事故。

2 研究内容

结合现有铁路和电网的相关规范、规定,对影响输电线路跨越高铁可靠性的各因素,如线路跨越路径及方式、气象条件取值、杆塔荷载及材料、基础、导线和地线安全系数、绝缘子和金具技术条件、线路防舞、交叉跨越、倒杆距离等进行论证分析,形成电力线路跨越高速铁路可靠性评价体系。

2.1 跨越路径及方式

对于架空输电线路跨越高铁独立耐张段,在路径选择方面需考虑交叉跨越角度、地质条件及与出站信号机的位置关系。

根据《关于特高压交直流输电线路跨越铁路有关标准的函》(铁建设函[2009]327号)规定:“跨越时,输电线路与铁路交叉角不应小于45°,困难情况下协商确定,但不得小于30°”;根据《国家电网公司输电线路跨(钻)越高铁设计技术要求》(国家电网基建[2012]1049号)规定:“输电线路不宜在高铁出站信号机以内跨越”。

架空输电线路跨越高铁应采用独立耐张段,一般采用“耐-直-直-耐”、“耐-直-直-直-耐”、“耐-直-耐”、“耐-耐”方式,直线塔不宜超过3基。

2.2 气象条件

根据电网及铁路相关规范规程要求,跨越铁路独立耐张段设计气象条件重现期取100年一遇。

(1)风速取值。根据《110 kV~750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)及国网发布的百年一遇风区图可综合确定设计风速。一般而言,百年一遇风区图中的风速取值已高于输电线路设计规范中要求,但按照高速铁路设计规程要求,动车组在风速小于30 m/s时仍正常运行,若此时按照电网规定的极限风速设计,有可能出现输电线路断线而动车组仍在运行的情况,将严重危及旅客人身安全,故风速取值应综合考虑电网百年一遇风区图及铁路的停运风速,两者之中取数值大者。

(2)覆冰取值。由于近年来极端天气频发,北方多地电网受冰灾影响严重,断线事故屡有发生,为防止重覆冰情况下发生断线等事故,国网公司针对输电线路跨越高速铁路段采用了较高的标准设计,导、地线覆冰厚度设计值按照跨越点所在地百年一遇覆冰厚度取值,且要求导线最大验算覆冰厚度比设计值增加10 mm,地线设计验算覆冰厚度增加15 mm,大大加强了跨越高速铁路的输电线路在重覆冰情况下运行的可靠性。

(3)地震烈度。动车组列车安全运行规定:动车组列车停车限制地震烈度小于高速铁路设施毁坏设计地震烈度。跨越段杆塔及基础地震烈度应不小于被跨越高速铁路设计地震烈度,避免杆塔和基础发生倒塔事故而影响行车安全。

2.3 杆塔荷载及材料

根据《110 k V~750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)相关规定,对于跨越铁路等输电线路,其杆塔结构重要性系数取值应不小于1.1,另根据《电网差异化规划设计指导意见》(国家电网发展[2008]195号)相关规定,杆塔结构重要性系数应取1.1~1.2。

经调研,目前电力部门新建架空输电线路跨越铁路设计遵循《110 kV~750 kV架空输电线路设计规范》,结构重要性系数取1.1,基本满足跨越普速铁路安全可靠性要求。但高铁安全可靠性要求较普速铁路高,架空输电线路跨越高铁应作为重要跨越设计,结构重要性系数应提高一级,取用现有规范规定中的上限值1.2为宜。

2.4 基础

各类杆塔基础应进行稳定性计算(包括上拔、下压及倾覆)、强度计算,有特殊要求时还应进行水平位移验算、不均匀沉降及抗滑移计算、基础裂缝验算。当基础位于地震烈度7度及以上地震区、膨胀土、冻土、湿陷性黄土、盐渍土等特殊地质条件时,应采取有效的防护措施。为提高基础安全性,基础设计荷载重要性系数不应小于1.2。

2.5 导线和地线

导线材质宜采用防腐性能好的导线、地线(含OPGW光缆),并根据工程实际条件选择合适的导线形式。

导地线的每股单丝均为整根制造,不允许出现接头;对跨越高铁耐张段的导地线,在施工时不允许出现接头。

导线需安装间隔棒,在施工过程中,通过调整跨越档内的间隔棒布置,避开铁路正上方,并确保光缆防振锤安装在档距两端远离高铁线路,以避免防振锤掉落威胁高铁的运行安全。

导、地线实际安全系数应满足《110 kV~750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)、《1 000 kV架空输电线路设计规范》(GB 50665-2011)中“导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5,悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。地线设计安全系数不应小于导线的设计安全系数”的要求,并且导、地线安全裕度均不应小于1.2。

2.6 绝缘子和金具

绝缘子和金具的强度及悬挂方式应根据电力线路电压等级满足《110 kV~750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)或《1 000 kV架空输电线路设计规范》(GB 50665-2011)的相关要求,且安全裕度不小于1.2。

2.7 防舞设计

若跨越段位于电力线路易舞动区域,应按相关规范规定进行防舞动设计。防舞装置安装位置尽量避开高铁轨面区域正上方,并确保防舞装置与导线的可靠连接。

2.8 交叉跨越、倒杆距离

输电线路跨越高铁时,跨越档与高铁的水平距离应满足高速铁路技术规程要求,即电力线路的电杆内缘至线路中心的水平距离不小于杆高加3 100mm;另跨越点导线距轨顶最低距离如表1所示。

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3 结语

本文对架空输电线路跨越高速铁路耐张段影响高铁安全因素进行总结、概括,对输电线路路径选择、气象条件取值、导线和地线、绝缘子和金具、杆塔荷载及材料、基础、防舞设计、交叉跨越、倒杆距离等方面的参数和标准进行详细分析,保证输电线路跨越高速铁路的安全可靠性,避免对高铁运行造成安全隐患,满足铁路部门及电力部门的安全需求。本文对类似电力线路跨高铁类项目具有一定参考、指导意义。

参考文献

[1] 王旭升.电力线路跨越并行运营铁路线的几点思考[J].中文科技期刊数据库(引文版),2016(49):253.

[2] 于龙强.试析电力线路跨越建设中的隐患和防范对策[J].文摘版:工程技术,2015(41):108.

[3] 林乘安.浅析输电线路跨越铁路的施工技术[J].科技创新与应用,2014(34):158.