高速电气化铁路接触网施工技术研究

湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 1 -摘要接触网是沿铁路线路架设的为电力牵引机车提供电源的特殊供电装置，它的用途是将变电所输出的电能通过接触网的接触导线供给沿线运行的电力机车。接触网的特殊性表现在三个方面：露天设备。无备用，机电一体化，这也是接触网的基本特点。接触网是沿铁路线架设的露天设备，分布区域广，气候对其状态有重要影响，气候条件的变化的变化对接触网的运营状态，如线索的弛度，张力，接触悬挂的弹性，网上零件的机械位置和机械松紧度，设备的电气性能都有很大的影响，严重时会造成重大行车事故。因此，接触网的设计，施工。运营，都必须认真研究气候对接触网状态的影响。接触网是沿铁路线架设的无备用设备，一旦出现故障就会影响行车。由于接触网特殊的工作环境和工作状态，它不能像其它电气设备一样设置备用设备。而接触网的运营状态和运行安全对电气化铁路的运营安全又有重大影响。因此应该利用现货科技加强接触网的在线检测，真正实现接触网的状态维修。接触网不仅在电气上要能满足电力机车牵引功率，电气强度，电压水平，绝缘安全等一系列电气技术的要求，而且在机械上就能满足机械强度，机械位置，弓网动态弹性等一系列机械技术上的要求。因此，接触网是一个典型的机电复合体。湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 2 -目录第一章 接触网的组成及要求1-1 接触网的基本组成1-2 牵引供电对接触网的要求第二章 我国接触网施工中存在的若干问题2-1 我国接触网施工队伍的现状2-2 接触网施工标准及工艺2-3 我国施工技术应解决的问题第三章 对接触网施工中若干就技术的研究3-1 电气化接触风超技工艺的研究3-2 电气化铁道隧道内接触网悬挂方式研究3-3 刚性悬挂接触网设计若干技术问题3-4 刚性悬挂接触网施工方法的探究结论致谢参考文献湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 3 -第一章 接触网的组成及要求1-1 接触网的基本组成电气化铁道接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，也称为架空式接触网，如图所示。从结构形式看可分为以下几个部分。（1） 接触悬挂：主要包括承力索，吊弦，接触线及连接它们的零件等。与电力机车受电弓直接接触的是接触线。接触悬挂种类很多，图示为弹性链形悬挂。（2） 支持装置：支持装置由腕臂，拉杆，定位装置等连接件组成，用来悬吊和支持接触悬挂，并将其负荷传递给支柱或者其它建筑物。根据接触网所在区间，车站和大型建筑物而有所不同。（3） 支柱与基础：支柱与基础用以承受接触悬挂和支持装置的全部负荷，并把接触悬挂固定在规定的位置和高度上。支柱有金属支柱和钢筋混凝土支柱。1-2 牵引供电对接触网的基本要求为了满足接触网全天候不间断地向电力机车提供电能，保证弓网之间的良好匹湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 4 -配特性，提高接触网的性价比，接触网应能满足以下几个方面的基本要求：（1） 设备安全可靠，在恶劣气候条件下能保证向电力机车正常供电。（2） 有足够的电气强度，保证在牵引高峰时正常地向电力机车提供电能。（3） 有足够的机械强度，保证接触悬挂具有可靠的稳定性。（4） 网上设备的空间位置不影响受电弓取流。（5） 网上设备的质量应轻且分布均匀，保证接触网的弹性尽量一致。（6） 有足够的防腐蚀性能各耐磨性能，使用寿命应尽可能长。（7） 在保证接触悬挂稳定性的前提下，结构应尽量简化，有利于施工，维护及事故抢修。（8） 在最高运行速度下，弓网离线率应在容许的范围内。总的来说，要求接触网无论在任何条件下,都能保证良好地供给电力机车电能,保证电力机车在线路上安全,高速运行,并在符合上述要求的情况下,尽可能地做到节省投资,结构合理,维修简便,便于新技术的应用。湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 5 -第二章 我国高速接触网施工中存在的若干问题随着电气化铁路的不断发展，我国在学习和引进国外新技术、新材料、新结构的同时，广大工程技术人员也自主研发了许多接触网新金具和新设备，随着新技术、新材料、新工艺的不断更新，传统的施工方法和手段已不能满足要求，主要表现为施工队伍的技术素质和施工技术两大方面滞后。2-1 我国接触网施工队伍的现状1.施工人员的整体技术素质偏低上前从事接触网工程施工的队伍中，除少数工程技术人员和管理人员具有大专以上学历外，一线工作的大多数施工人员都是些没有受过专业教育的普通工人或民工，其文化素质、专业技能和技术水平相对较差。2.技术装配落后目前，国内各施工单位的技术装配与高速铁路发达国家相比，其施工设备功能不强、性能不高、新度系数偏低;施工设备综合性能低，笨重。检测手段和检测设备的精确度不够。2-2 我国接触网施工标准和工艺存在的问题1.施工技术及工艺滞后从全国范围来看，目前我国除少数施工单位外，大多数施工单位的施工工艺和施工技术还停留在上世纪九十年代初的水平，很难适应目前高速接触网的施工要求。2.施工的技术标准不协调接触网的施工与路基、轨道的施工技术标准不协调，接触网一般是以轨面标高作为施工基准点的，而轨道施工的允许偏差较大，导至接触网工程施工质量难以满足技术要求。3.技术规范和操作规范不够完善我国目前还没有一部高速电气化铁路的施工标准，每一条线路的施工技术要求除参照国外相应线路制定外，没有更多的通用性和标准化。我国目前也没有一套高速接触网的施工操作规范，除个别施工单位具有较为系统的施工工艺手册外，大部分施工单位或施工队伍在施工时的随意性较大，应及时完善我国高速电气化接触网的标准化操作规范。2-3 我国施工技术应重点解决的问题湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 6 -由于高速接触网的技术要求较高，为了保证施工的精确度，必须在施工前对相关的施工参数进行准确的参数计算，对装配结构进行预装配工作，在高速接触网施工中应实现施工作业工厂化、标准化，简单现场作业内容，缩短现场作业时间，要实现以上目标，应重点研究和解决以下几项内容:1.开发和研制新型测量仪器设备，提高施工定测技术的准确度和精度;2.重视基础工程的施工，消除因基础位移或偏斜对接触网的影响;3.研究和完善支持装配计算及安装调整计算，提高支持结构的调整速度和精确度:4.研究和完善软硬横跨的安装调整及其计算，提高软横跨的调整速度和精确度;5.研究和完善整体吊弦预制及施工技术，将因整体吊弦长度引起的接触线高度和弛度变化控制在最小范围内;6.研究和完善高速接触网线岔布置技术，消除线岔处的硬点;7.积极研究恒张力放线的技术特点和施工工艺;8.积极研究组合定位装置施工技术;9.积极研究接触线高度偏差的控制技术。湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 7 -第三章 对接触网施工中若干新技术的研究3-1 电气化接触网超拉工艺的探讨为使新线初伸长（蠕变）一次基本出尽，保证接触悬挂调整一次到位，符合设计要求，超拉是解决这一问题的关键措施。为适应国民经济的飞速发展，铁路提速及建造高速的客运专线已成为我国铁路发展的趋势，随着行车速度的不断提高，对接触网的静、动弹性和不均匀度要求越来越高，为了使接触线和承力索架设后一次安装到位并达到设计要求，世界各国针对初伸长对接触悬挂质量影响的这一主要矛盾，各国都采用了不同的超拉方法。1“超拉”的定义承力索和接触线在额定张力下的蠕变伸长是一个漫长的过程，其主要影响因素就是所加张力和时间。同样的蠕变伸长量，所加张力和时间成反比，即张力越大，时间就越短。在施工中，往往为了缩短施工周期，以便后序工作（安装、调试）能迅速展开，而在保证线材不被破坏的前提下通过加大额定张力来完成承力索和接触线大部分蠕变伸长过程，这就是超拉。2 为什么要进行超拉2.1 承力索和接触线的蠕变伸长对接触悬挂的影响。在链型悬挂中，承力索和接触线往往因为不同材质，其线胀系数不同，蠕变伸长量是不相同的；同一种材质的承力索和接触线，因生产方法、线材结构、补偿张力等因素不同，其蠕变伸长量也不一样。吊弦安装时呈铅垂，因上下蠕变伸长量不同，吊弦偏斜超出规范、验标允许范围,时间越长，偏斜越严重，且越靠近下锚地方偏斜越严重，使得接触网的安装、调试不准确，造成反复施工和额外返工，对整体吊弦的计算、安装、调试影响更大,而且引起接触线导高发生变化,加大施工误差。承力索和接触线的蠕变伸长，通过补偿滑轮成倍（1：3 或 1：4）关系反映到坠砣串上，坠陀串下落距离则成倍增长，致使其下落至地面,影响自动补偿功能，承力索和接触线的张力比额定张力偏小,必须重新调整补偿坠砣串的高度，使其离开地面，方可进行后序施工；另外，也会影响补偿坠砣串的 b 值调整的准确，甚至还会造成 b 值的反复调整。2.2 超拉作用以上分析蠕变伸长对接触悬挂的影响，对承力索和接触线进行超拉的目的就是为了消除新线材的蠕变伸长对接触悬挂的影响,对整体吊弦区段更为重要。湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 8 -新线在一定张力作用下,经过一定时间 (一般是较长时间 , 甚至十几年, 几十年) 以后其长度比新使用时要增加, 形成塑性伸长, 其用蠕变率来量化 , 即蠕变引起的线材伸长与原始长度之比, 用百分数表示，计算公式如下：r=(L/L)x100%其中：r 表示蠕变率；L 表示全锚段（承力索或接触线）的蠕变伸长量；L 表示全锚段（承力索或接触线）的总长度。材质不同，其蠕变率也不同，但同种材质制成同样规格的线材，蠕变率是相同的，因此经过超拉施工时所测量的数据，计算蠕变率，可以作为检测每个锚段的承力索或接触线是否符合技术要求。蠕变伸长与线材的生产和施工方法有密切关系,一般由三部分组成： 一部分是线材在张力的作用下, 因生产过程中绞制结构中单线面相互挤压, 接触点上产生畸变等引起的, 这部分塑性伸长与线材结构及材料性能有关, 一般经几百小时才趋向稳定。第二部分是在架线施工时,架线张力短时过大而引起的塑性伸长，因此, 在施工架线时要避免瞬时的机械冲击力，尽量保持恒张力架线或额定张力架线。第三部分是线材在额定工作张力下引起的塑性伸长(纯金属蠕变引起的)。通过以上分析，对接触网的承力索和接触线进行超拉不仅能够消除蠕变伸长对接触悬挂安装、调试的影响，做到安装、调整一次到位，而且能缩短接触网的施工周期，加快施工进度，提高工作效率。3 超拉的张力标准及方式承力索和接触线在额定工作张力的基础上究竟再加多大的力才能在短时内将蠕变伸长基本拉出,目前国内属于摸索阶段，还没有统一标准,国外也没有统一的标准，日本、法国、德国等都有不同的要求。在武广线和秦沈线超拉加载的标准均是参考日本模式的, 即承力索超拉张力为额定工作张力的 1.6 倍, 接触线的超拉张力为额定工作张力的 2.0 倍。最常用的超拉方式有两种，一、利用机械作业，提供超拉所需的张力并持续到相应的时间，一般采用作业车进行作业，这种方法需要的天窗点时间较长，在日本采用过，其夜间没有列车运营。二、增加坠砣数量（即加大坠砣串的重力）来进行超拉, 这种方法简便、易操作、甚至可以不需要天窗点，国内既有线电气化接触网施工一般采用第二种超拉方式。武广线和秦沈线结合实际的施工情况，都是采用增加用坠砣数量的方式进行超拉的。4 超拉的劳动力、机、具、料安排湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 9 -施工人员：现场负责人 1 名，作业梯车 2 组共 12 名。机械设备：作业梯车 2 组。材料及工具：临时拉线 2 组，超拉肩架 2 组,温度计 2 支，坠砣若干，40 铁线若干, 平腕臂 2 组（含底座） ，大滑轮 2 组，加固肩架若干，棕绳 2 根，链条葫芦2 套，锲形线夹 4 个，钢丝卡子 4 个，钢丝套 4 套，断线钳 2 把，钢卷尺 2 把，对讲机 5 台，防护旗（红、黄各一面） 。5 超拉的施工流程同一锚段内的承力索和接触线是必须单独进行超拉, 其超拉流程是一致的6 超拉的施工方法承力索和接触线分别超拉，先超拉承力索，完毕后再超拉接触线，超拉宜在白天进行。承力索和接触线同时超拉会加大支柱、腕臂的负载，甚至超出支柱、腕臂的设计容量。超拉时承力索或接触线不装吊弦且置于放线滑轮的槽中。用作业梯车在中心锚结处卡牢中锚。中心锚结不仅能缩小因超拉而出现的事故范围，缩短事故时间，还可以减小因两端加载不均而引起的左右偏移量，保证加载后测量数据的准确。两组作业梯车分别从中锚处向下锚处进行加固。支柱在曲内部分，采用角钢或平腕臂支持加固腕臂；支柱在曲外部分，采用 40 铁丝将承力索或接触线分别拉在支柱上或腕臂底座上，防止超拉时线材滑出轮槽影响行车；在转换柱处，由于腕臂底座受力较大,超拉时底座受压易弯, 用平腕臂将底座受力直接过渡到支柱上, 另外，该处承力索或接触线有明显导角, 超拉时张力过大容易损伤线材, 用大滑轮的圆导角来避免对导线损伤；在孔外安装的下锚角钢处，拧紧各连接螺栓，且在角钢的下面，砼柱采用同样的下锚角钢进行加固，钢柱采用卡砣加固。在下锚支柱处设置临时拉线各一组,与地面夹角不宜大于 450，对设置锚板形式的拉线根据实际情况可增加设置临时拉线。调整坠砣串 b 值，以满足超拉时坠砣有自由活动的空间。根据中心锚结距下锚处的长度（L1 或 L2） 、及相应线材每单位长度在承受由额定工作张力至超拉张力时伸长量（r） 。因此，线材在由额定工作张力到超拉张力时，在下锚处线材伸长量（L1 或L2）为：L1=L1x r； L2=L2xr再由补偿滑轮传动比关系（1：3 或 1：4） ，折算到坠砣串下降高度，并结合温度湖 南 铁 路 科 技 职 业 技 术 学 院 电 子 电 气 系 毕 业 设 计- 10 -的变化，将坠砣的 b 值调整到适当高度,以防止超拉时坠砣串着地,达不到超拉张力，影响超拉效果。超拉加载，由施工负责人统一负责指挥。根据施工前制定的超拉张力标准，通过补偿滑轮转传动比计算出加载坠砣的数量和重量（超