一、概述
铁路电力贯通线每隔3公里均需要通过耐-直-直-耐进行换向，又因地势及环境不同会使用耐张杆和直线杆进行过渡，耐张杆与直线杆以及双杆与单杆根开不同，杆型变化导致绝缘子发生轻微倾斜；且由于西北地区冬季最低温度约-43度，夏季最高温度约40.1度，温差约80度，部分区段电力架空线路在冬季驰度过紧，受导线张力影响，35kV悬式复合绝缘子发生内倾角度较大，导线与横担间绝缘间距不足放电，导致故障跳闸。对此，我们结合相关工程，就解决该问题进行的方案及图纸设计与施工等经验进行论述。
二、问题的提出
因铁路电力架空线路较长（一般大于100km），为减少电力系统正常运行时出现不平衡电流，对发电机的运行及无线电通信产生不良的影响，故每隔3公里均需要通过耐-直-直-耐进行换向，会使用耐张杆和直线杆进行过渡（图2.1, 图2.2），其中1、2号杆位是耐张杆，其横担较长，3、4号杆位为单杆直线杆型，其横担较短；换位时，势必造成3、4号杆位的绝缘子因1、2号耐张杆的横担较长原因从而受张力影响而向内向外倾斜，再加西北地区，冬夏季温差大，最高时可达80度；夏季时架空线路弧垂大，距地面高度较小，但此时仍要根据验收标准以及设计规范，满足线路距地面的最低高度标准，从而保证线路的运行安全，这就使得在冬季时，受热胀冷缩效应影响，导线收紧，线路弧垂较小，造成绝缘子偏移量进一步加大，一旦冬季风力加强，就容易发生导线与横担、电杆间绝缘间距不足而放电、跳闸，破坏供电设备正常工作，影响铁路行车秩序，造成难以估计的损失。
图2.1 35kV架空线路换位示意图
图2.2 35kV架空线路换位现场图
三、方案对比
在发现了问题的关键在于绝缘子偏移量过大导致跳闸放电后，我们根据现场了解的实际情况，考虑了多个方案：
一是将该区段弧垂放大，以保证在冬季时线材有足够的裕量，不会对绝缘子的位置产生额外影响，从而避免因距离不足产生的跳闸放电。但如此实施后，在夏季温度较高时，导线的最低点距地面高度不能满足规范要求，经过架空线下面的车辆、人员的安全无法保证。
二是增加防风拉线，这也是电网企业经常采用的方法。他们在直线杆绝缘子下方使用拉线固定至地面上，其原理类似于电杆拉线的固定方式，看起来的确简单有效。但经分析过后发现，电网企业的电能传输主要依靠铁塔，只有部分短距离输电会采用电杆进行，且无需像铁路电力架空线需跟随轨道位置架设，建设位置较为自由，可以避开一些地势差较大区段，故其架空线路主要受风力影响，做防风拉线即可解决。但铁路电力架空线路中地势不良区段较多，再加上换位频繁，故采用防风拉线无法解决架空线换位的问题，且设置拉线需要开挖深基坑，施工难度大，成本较高。
三是借鉴防风拉线的工作原理，将受力点由拉线盘上移至电杆新增横担处，也就是在主横担的下方设置一个对称的补强横担，为避免零部件在连接时有薄弱环节，中间不采用钢绞线，而是使用多个金具硬连接，在保证有调整余量的基础上，能充分发挥其结构稳定性。
经过方案比选，最终决定采用方案三，我们在充分考虑线路所在区域的恶劣条件后，对方案进行了优化，并形成设计图纸，同时进行了简要的受力分析，以验证在不利条件下该方案的力学可靠性。
四、方案设计
1、原线路设计情况：
原设计选用西北地区铁路沿线典型气象资料，其气象条件和导线特性等见图4.1所示，按架线时的温度进行弧垂选择，30℃时弧垂为1.863米。如图4.2所示
图4.2 架线弧垂表
2、补强设计方案：
（1）上导线：
直接采用原电杆下横担作为补强横担，将原悬垂线夹更换为船型线夹，并按要求缠绕铝包带，下方依次连接过渡金具、复合式绝缘子等，与下横担处的挂环相连。
（2）边导线：
补强横担选用槽钢形式，材料采用Q345B型低温锰碳钢、12a槽钢制作，底部加加强斜撑，选用4根角钢做斜撑，斜撑采用75×8角钢，充分保证补强横担的力学性能，下方用抱箍固定，将原悬垂线夹更换为船型线夹，并按要求缠绕铝包带，下方依次连接过渡金具、复合式绝缘子等，与补强横担处的挂耳相连。
样式见图4.3（虚线框内为新增部分）
图4.3 补强大样图
五、受力情况的简要分析
1、参数选择：
选取西北地区的典型气候参数：（1）基本风压值：0.7kN/m2；（2）导线张力取9.3kN；（3）检修荷载取1.0kN。
2、计算原则：
（1）《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2018)，建筑结构的安全等级为二级。
（2）《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)，建筑抗震设防类别为标准设防类(简称丙类)。
（3）基本风压：0.7kN/㎡（按50年一遇）；地面粗糙度为B类。
（4）计算采用软件进行。
3、计算简图：
图5.3 X方向风载 图5.4 Y方向风载
计算后满足相关规范要求，证明该设计方案具备可行性。
六、材料的准备与施工
方案设计中所需的过渡金具主要有悬垂线夹（船型）、直角挂板、碗头挂板、球头挂环、两眼拉板等，都是较为常见的电力材料，容易取得，且成本较低，只有补强横担以及斜撑需要匹配制造图进行批量加工。在制造之前，需现场调查既有电杆的杆径、上导线距下横担之间的距离等。既有横担、导线的各种安装位置参数与施工图是有一定偏差的，这就要求我们在现场装配时，需要灵活增减金具数量，必要时可对既有吊杆的松紧程度进行调整，避免补强装置过于松弛或紧绷，造成无法起到防止绝缘子偏移的作用，甚至相关连接件断裂的严重后果。
图6.1 安装完成的现场图
七、结束语
在该方案在实施后，补强装置经过整个冬季的检验，未发生跳闸现象，证明了它的可行性、可靠性、实用性，成功解决了铁路35kV架空线路因恶劣条件导致绝缘距离不足放电跳闸问题，提高了供电可靠性，保障了行车安全，且材料易寻、施工简便、成本较低，适合大面积推广，为今后类似问题的解决提供了一个有力支撑。
参考文献：
[1]铁路35kV电力架空线路安装图：通电（2011）0001，中铁工程设计咨询集团有限公司。