第一部分高速接触网的设计理念

1、第一部分 高速接触网的设计理念第一部分高速接触网的设计理念1.接触网设计的安全性及可靠性高速铁路由于列车运行高，列车制动距离长，一旦发生弓网事故，除了对受电弓产生 毁灭性破坏结果外，同时将造成大面积的接触网损坏。因此，应将高速接触网设计的安全 性放在第一位，尤其要处理好接触网线岔及锚段关节处的设计方案，以杜绝弓网事故。另一方面，高速铁路由于行车密度大(列车追踪间隔34min), 一般不设图定维修 天窗，而仅在夜间设有46个小时的固定维修天窗。因此，对接触网的可靠性(特别是 接触网零部件)提出了更高的设计要求。2.接触线的设计使用寿命对于高速弓网受流系统，弓网间的动态接触力较常速弓网受流系统有显

2、著的提高，离 线率也将有所提高。因此，弓网间无论是机械磨耗还是电气磨耗，较常速弓网受流系统都 将加剧。为此，必须对接触线的设计使用寿命提出明确要求，以便采取相应的设计措施产 以保证。接触线的设计使用寿命系按弓架次计算。参照国外设计理念，接触线的设计使用寿命应在250万弓架次以上，相当于平均每天170对车双弓运行20年以上。为此, 需要采用耐磨性能好的铜合金线。3 .接触线的波动传播速度为了实现高速运行，接触线应具有与列车最高运行速度相适应的波动传播速度。根据 国外高速铁路接触网运营经验，列车最高运行速度与接触线的波动传播速之比宜控制在 0.7以下，否则将出现难以接受的燃弧率或离线率，烧损接触网

3、(特别是接触线和吊弦) 及受电弓滑板，进而缩短接触网及受电弓滑板的使用寿命，甚至引发接触网断线事故。为 此，在接触线截面确定的情况下，应尽量提高接触线的张力，这就要求采用具有高抗拉强 度的接触线。 接触线波动传播速度(km/h)：式中：T-接触线的张力(N)P一一接触线的线密度(kg/m)世界各国典型高速铁路的接触网波动传播速度高速铁路接触线波列车运行P=V/C动传播速度C (km/h) V (km/h)日本九州 新干线日本山阳新干线法国地中493 350 0.71 410 520 260(300) 0. 50(0. 58) 300 0.73速度 海线法国大西洋线德国法兰克福科隆线 西班牙马德

4、里巴塞罗那线4 .接触网的弹性及其不均匀度随着运营速度的提高，弓网间的动态接触压力及接触线的动态抬升量也将随之加大。为了确保列车运行安全和延长接触网的使用寿命，应将接触线的动态抬升量限制在合理的 范围之内。为此，要求接触网应具有较小的弹性，而降低接触网弹性最有效的途径就是提 高接触网的张力。如果接触网的弹性不均匀度太大，将导致接触线和受电弓的运动轨迹不平缓，进而使 得接触线振动幅度加大，接触线会因弯曲疲劳而缩短使用寿命。因此，应将接触网弹性不 均匀度限制在较小的范围之内，在接触网悬挂方式确定的情况下，提高接触网张力仍是降 低弹性不均匀度最有效途径。5 .与高速接触网相匹配的受电弓接触网与受电弓

5、是一个相互间共同作用而不可分割的动态受流系统。要想取得满意的 弓网受流质量、实现高速运营的目标，不但要求接触网应具有优越的性能，而且还应要求 与之匹配的受电弓也应具有优越的性能。接触网可按不同的速度目标值形成一系列的标准 设计，受电弓也可按相应的速度目标值形成系列产品，如德国的标准接触网有Rel60、 Re200、Re250、Re330 系列，受电弓产品有 DSA200、DSA250、DSA350、DSA380 系列。 弓网受流质量优劣与否，可通过计算机仿真模拟的手段或通过实际测试的方法，按相关标 准对其结果进行评价。第二部分高速接触网的相关设计标准1 .弓网受流质量评价标准等规范关于弓网受流

6、质量评价标准参考了欧洲、日本系列标准：EN50119. EN50367. EN50317、EN50318、TSI energy subsystem. JRS 等，具体如下:平均接触力 Fm。从图 可知：当最高运行速度分别为200km/h、250km/h、300km/h和350km/h时，平均接触力分 别为 109N、131N、157N 和 189N。接触力最大标准偏差。°规定接触力最大标准偏差为平均接触力的30%o当最高运行 速度分别为200km/h、250km/h. 300km/h和350km/h时，对应的接触力最大标准偏差分别 为 33N、441 569 300 330 0. 6

7、8 0. 58 550 350 0. 64 39N、47N 和 57N。最高运行速度下的燃弧率为0. 14%,定位器允许抬升量与实际最大抬升量之比值。该标准规定为2倍，亦即定位器允许上 抬空间是正常情况下接触线抬高量的2倍，以保证受电弓通过定位器点的安全。当对弓网间动态受流质量进行评价时，如果受测量手段限制，对接触力（或标准偏差） 和燃弧率只需评价其中的一个项目即可。例如，德国仅测接触力，法国则仅测燃弧率。对 丁燃弧率的测定方法，TSI标准中有明确的规定。对于燃弧率标准的直观判据，EN50119 标准（关于铁路应用一固定安装一电力牵引接触网）规定：如果每100m接触网范围内出 现持续时间大于1

8、0ms （且最大为25ms）的可见电弧不大于一次，则视为弓网受流质量良好。关于定位器允许抬升量号实际最大抬升量之比值，EN50119标准规定：如果定位器带限位功能，该比值应不小于1.5倍。不限位定位器工作原理限位定位器工作原理2 .对高速接触网的基本要求UIC794标准（关于欧洲高速铁路网弓网间相互作用，1996年版）对高速接触网的基 本要求如下：3 .对受电弓的基本要求TSI标准对受电弓的基本要求如下：1600mm受电弓外形轮廓1950mm受电弓外形轮廓关于受电弓弓头宽度。欧洲国家受电弓弓头宽度类型较多，主要有1450mm、1600mm、 1950mm三种，对于跨国运行列车，往往一列车上装备

9、有23种不同弓宽的受电弓。为此, 欧洲铁路联盟规定：对于新建高速铁路，接触网按能满足1600mm弓宽受电弓运行进行设 计。我国既有电气化铁路机车受电弓弓头宽度一般为19502160mm,因此，我国客货共线 或客运专线铁路将统一配备1950mm弓宽受电弓。关于受电弓弓头最大电气宽度。弓头最大电气宽度系指一架受电弓两条滑板之间的平 行距离，主要是为了保证受电弓通过器件式电分相时不至于引起异相短路。如下图所示， 要求d > KD1-无电区长度，指靠近中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子外侧间的距离D2中 性段长度，指远离中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子内侧间的距离双弓间的距离（L）大 于中性段的长度（

10、D2）双弓间的距离（L）小于无电区的长度（D1）4 .接触线安全系数标准EN50119标准关于接触线允许工作应力的规定如下：接触线的允许工作应力应不超过 其最小拉应力的65%,并考虑接触线允许工作温度、允许磨耗面积、冰风荷载、补偿效率、 终锚零件、接触线焊接情况等不利因素引起的折减系数。按照国内传统的概念，安全系 数可以理解为线材的最小拉应力与其实际工作应力之比值。以德国、法国、西班牙的三条 典型高速线为例，接触线的安全系数如下表：第三部分高速接触网的设计方案1.接触网悬挂方式高速接触网悬挂方式主要有三种，即复链、简链、弹链。国外经验表明，三种悬挂方 式均能满足时速300km/h以上高速运营要

11、求。复链型悬挂（主要代表国家为日本）的性能最为优越，接触网弹性最为均匀，接触线 的动态抬升量也最小，最适合于高速运行。但因增加了一根辅助承力索，结构较变得复杂, 施工及运营维护不方便，事故抢修难度大。弹性链形悬挂（主要代表国家为德国）因在悬挂点处增加了一根弹性吊索，可改善接 触网的弹性不均匀性，但接触线动态抬升量较大，导线容易产生疲劳，旦弹性吊索安装、 调整工作量大，事故抢修难度也较大。简单链型悬挂（主要代表国家为法国）弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹 链和复链大，但能够满足高速弓网受流要求，接触网可达到预期的使用寿命（250万弓架 次以上），旦国内具有丰富的设计、施工及运营经验，更适

12、合于我国国情。日本复链型 悬挂日本简单链型悬挂德国弹性链型悬挂法国简单链型悬挂京津城际简单链型悬挂 2.接触线的选择国外时速300kni/h及以上接触线的应用情况从国外高速客运专线接触线的使用情况 来看，主要以铜锡和铜镁合金线为主。铜锡和铜镁线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求, 在导电性方面，0.2与含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0. 5%含量的上述合金线则 只有60%左右的导电率。目前铜锡、铜镁合金线已经实现了国产化，但因铜镁合金线制造 工艺复杂，国产化难度相对较大。京津城际采用了德国进口的120mm2铜镁合金线,合金镁的含量为0. 5%,导电率仅为 62%,导线使用张力为27kN

13、。武广、郑西客专同时采用了进口和国产的150mm2铜镁合金线，合金镁的含量为0. 5%, 导电率为62%,导线使用张力分别为30kN、28. 5kNo 3.导线高度在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流 质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：日本：5000mm法国：5080mm德国：5300mm京津城际、武广客专、郑西客专接触线悬挂点高度为5300mm,最低点不小于5150mm。对F仅运行动车组的客运专线，可仅考虑受电弓的工 作高度、机车车辆限界，接触导线的最低点高度为不小于5150mm。如果为无昨轨道，接触 导线在悬挂点高度可按5300mm考虑，如果是有

14、昨轨道，考虑今后线路养护抬道等问题， 接触导线在悬挂点高度可按5500mm考虑。对r同时运行动车组和电力机车的客运专线，可仅考虑受电弓的工作高度、机车车辆 限界，接触线最低点高度为不小于5200mm,接触导线悬挂点高度按5300mm考虑。对于兼顾货物运输的客运专线，主要考虑货物列车的装我等级：通行一级、二级超限 的线路，接触导线的最低点高度不小于5350mm,接触导线悬挂点高度可按55005650mm 考虑（无祚轨道按5500mm、有昨轨道按5650mm）：通行超级超限货物运输的线路，接触 导线的最低点高度不小于5650mm,接触导线悬挂点高度可按58006000mm考虑（无昨轨 道按5800

15、mm、有祚轨道按6000mm）；通行双箱货物运输的线路，接触导线的最低点高度 不小J- 6330mm,接触导线悬挂点高度可按6450mm考虑。4 .结构高度结构高度大小主要取决于允许的最短吊弦长度。对于两端都有吊弦线夹的整体式吊弦 来说，吊弦长度越短，其呈现的刚度越大，对弓网受流越不利。根据国外经验，对r-高速 而言，最短吊弦长度不宜小于800mm,与之对应的接触网结构高度不宜小于1400mm。国外 高速铁路接触网结构高度如下：法国：1400mm （简链）德国：1600mm或1800mm （弹链）日本：950mm （简链）或1500mm （复链）京津城际的结构高度一般为1600mm,跨线建筑下

16、最小结构高度1100mm,最短吊 弦500mm。注：日本接触网结构高度较小，主要是其采用了承力索端无吊弦线夹的绝缘式吊弦。5 .吊弦结构形式吊弦结构形式大体可分为以下三类：无鸡心环式整体吊弦。该种吊弦两端均采用压接工艺，虽然具有一定的载流能力，但 运营实践表明，压接处容易出现疲劳断裂。国外（如法国）以及国内早期电气化线路有应 用（如广深、京郑），目前国外高速线以及国内线路己基本不用。带鸡心环式整体吊弦。 可克服无鸡心环式整体吊弦压接处易断裂的缺点，同时我流能力强、吊弦不易被烧损。目 前，国内外大多采用该种吊弦。绝缘吊弦。绝缘吊弦主要是日本采用。绝缘吊弦无鸡心环式整体吊弦带鸡心环式整体吊弦整体吊弦的采用是系统集成带来的一大进步6.腕臂结构形式法国：套管绞环+钩头鞍子形式，钢质腕臂德国：不可调承力索座形式，铝合金腕臂 日本：可调承力索座形式，钢质腕臂意大利：可调承力索座形式，钢质腕臂京津城际：可调承力索座形式，铝合金腕臂7.定位装置设计思路欧洲标准EN50119规定：当定位器不带限位功能时，其自由抬升空间至少应为接触线 实际抬升量或模拟抬升量的2倍；当带限位功能时，定位器自由抬升空间至少应为接触线 实际抬升量或模拟抬升量的1. 5倍。欧洲标准EN5