高速铁路接触网技术-第三章

1、 Page: 1电气化铁路接触网电气化铁路接触网 主讲：主讲： 冯博冯博 机电工程系机电工程系 Page: 2第一章第一章 接触网负载计算接触网负载计算第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序 第二节第二节 气象条件的确定气象条件的确定第三节第三节 接触悬挂的单位负载计算接触悬挂的单位负载计算第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算 Page: 3目标和程序目标和程序： 设计的目标是根据特定条件，如技术条件、线路参数和设计的目标是根据特定条件，如技术条件、线路参数和用户要求等编制特定的电气化工程设计文件。这些文件使架用户要求等编制特定的电气化工程

2、设计文件。这些文件使架空接触网系统的安装及运营能满足特定线路所要求的运行性空接触网系统的安装及运营能满足特定线路所要求的运行性能。能。 架空接触网设计包括如下阶段：架空接触网设计包括如下阶段： 初步设计调查初步设计调查； 初步设计初步设计； 工程施工设计工程施工设计； 文件审核的准备工作文件审核的准备工作。第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back Page: 4初步设计调查初步设计调查： 架空接触网工程是新线电气化或既有线电气化改造工程架空接触网工程是新线电气化或既有线电气化改造工程的以部分。的以部分。 初步设计调查将架空接触网系统各种不同方案进行必选，初步设计调查将

3、架空接触网系统各种不同方案进行必选，同时也确认所有附加基础设施工程，如线路布置，隧道、桥同时也确认所有附加基础设施工程，如线路布置，隧道、桥梁等的特性要求。此阶段还需要审查牵引供电工程与其他设梁等的特性要求。此阶段还需要审查牵引供电工程与其他设备如信号系统设备的兼容性。备如信号系统设备的兼容性。 初步设计调查提出技术解决方案，如架空接触网系统的初步设计调查提出技术解决方案，如架空接触网系统的类型、线路平面图不知的落实，隧道和桥梁结构的变更方案类型、线路平面图不知的落实，隧道和桥梁结构的变更方案以及竣工时间和投资预算。然后向铁路公司提供设计研究总以及竣工时间和投资预算。然后向铁路公司提供设计研究

4、总结报告以配合其总体设计的编制。结报告以配合其总体设计的编制。back Page: 5初步设计初步设计： 首先从初步设计调查提供的数据基础上着手准备架空接首先从初步设计调查提供的数据基础上着手准备架空接触网供电示意图，它包括馈线、供电分束、绝缘分段、隔离触网供电示意图，它包括馈线、供电分束、绝缘分段、隔离开关（电动开关）和牵引供电线等。开关（电动开关）和牵引供电线等。 下一步是确认影响接触网平面布置的控制点，在这些控下一步是确认影响接触网平面布置的控制点，在这些控制点处不能只按接触网本身的实际情况进行设计，而要在铁制点处不能只按接触网本身的实际情况进行设计，而要在铁路线路、桥梁结构、隧道、信号

5、和通信系统文件基础上实施。路线路、桥梁结构、隧道、信号和通信系统文件基础上实施。接触网在这些控制点处的平面布置要在早期阶段予以确定，接触网在这些控制点处的平面布置要在早期阶段予以确定，而其他接触网区段的平面布置可在下阶段确定。而其他接触网区段的平面布置可在下阶段确定。 支持装置设备如：单线路腕臂，多线路腕臂，软横跨或支持装置设备如：单线路腕臂，多线路腕臂，软横跨或硬横跨等硬横跨等back Page: 6 应在接触而是那个平面图中予以确定。而支柱未知则根应在接触而是那个平面图中予以确定。而支柱未知则根据规范和现场条件来确定。初步设计调查，包括所有设计文据规范和现场条件来确定。初步设计调查，包括所

6、有设计文件、支柱位置和架空接触网平面图等随同设计说明书一起发件、支柱位置和架空接触网平面图等随同设计说明书一起发放给各有关单位征求意见。放给各有关单位征求意见。back Page: 7工程施工设计：工程施工设计： 工程施工设计从参与工程个方进行的现场线路定测开始。工程施工设计从参与工程个方进行的现场线路定测开始。线路定测有助于确认所有坑能与支柱位置发生冲突的设施，线路定测有助于确认所有坑能与支柱位置发生冲突的设施，如地下设施、管道、下水道、铁路路基横断面，信号能见度如地下设施、管道、下水道、铁路路基横断面，信号能见度以及相邻建筑物等。定测期间将所有收集到的信息写成报告以及相邻建筑物等。定测期间

7、将所有收集到的信息写成报告并得出架空接触网系统的计划安排结论。并得出架空接触网系统的计划安排结论。 每一可行性工程都需要编制施工设计文件，它套扩如下每一可行性工程都需要编制施工设计文件，它套扩如下各项：各项： 架空接触网系统建筑安装工程的设计说明书；架空接触网系统建筑安装工程的设计说明书； 标准比例尺为标准比例尺为1 1：10001000或或1 1：500500的架空接触网系统平的架空接触网系统平面布置图；面布置图；back Page: 8区间和车站横断面图；区间和车站横断面图；体路牵引供电线路路径纵断面图；体路牵引供电线路路径纵断面图； 特殊安装图和计算校核资料；特殊安装图和计算校核资料；腕

8、臂和吊弦长度计算；腕臂和吊弦长度计算；软横跨安装计算图表；软横跨安装计算图表；车站接地平面图；车站接地平面图；远动隔离开关的控制电缆平面图；远动隔离开关的控制电缆平面图；包括支柱和基础表，架空接触网锚段表和其他材料表格在包括支柱和基础表，架空接触网锚段表和其他材料表格在内的材料设备总汇表。内的材料设备总汇表。back Page: 9一、气象区：我国标准典型气象区一、气象区：我国标准典型气象区二、气象条件的确定：二、气象条件的确定： （1 1）最大风速）最大风速 （2 2）最高温度）最高温度tmaxtmax 和和 最低温度最低温度tmintmin （3 3）最大风速出现时的温度）最大风速出现时的

9、温度tvtv （4 4）接触线无线弛度时的温度）接触线无线弛度时的温度toto： 简单链型悬挂时：简单链型悬挂时：td -10 td -10 弹性链型悬挂时：弹性链型悬挂时： td -5td -5 （5 5）tdtd：吊弦处于正常位置时的温度：吊弦处于正常位置时的温度 （6 6）覆冰厚度）覆冰厚度 b b第二节第二节 接触网的设计气象条件的确定接触网的设计气象条件的确定back Page: 10负载计算在接触网计算中的重要性负载计算在接触网计算中的重要性单位负载的分类及其计算方法单位负载的分类及其计算方法第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back Page: 1

10、1 负载计算在接触网计算中的重要性：负载计算在接触网计算中的重要性： 电力牵引接触网的设施会受到机械、电气、气象等方面电力牵引接触网的设施会受到机械、电气、气象等方面的荷载和应力的影响。为确保电能可靠传送到牵引车辆，接的荷载和应力的影响。为确保电能可靠传送到牵引车辆，接触网设施必须承受规定极限内的所有的荷载和应力，并符合触网设施必须承受规定极限内的所有的荷载和应力，并符合相关的标准要求如：相关的标准要求如：IEC60913IEC60913和和-3-3，EN50119EN50119和和EN 50122EN 50122等等所在国家的标准。所在国家的标准。 可以说：单位计算负载的计算是整个接触网设计

11、计可以说：单位计算负载的计算是整个接触网设计计 算的基础。算的基础。back Page: 12单位负载的分类及其计算方法：单位负载的分类及其计算方法：定义定义：单位计算负载是指每米接触悬挂的自重以及冰、风在：单位计算负载是指每米接触悬挂的自重以及冰、风在其上形成的附加负载。其上形成的附加负载。分类分类： 根据负载的作用方向，计算负载分为：根据负载的作用方向，计算负载分为：垂直负载垂直负载，水平水平负载负载。 垂直负载包括：承力索和接触线的单位自重、覆冰重量、垂直负载包括：承力索和接触线的单位自重、覆冰重量、吊弦均布重量；吊弦均布重量； 水平负载包括：覆冰时的风负载、最大风时的风负载。水平负载包

12、括：覆冰时的风负载、最大风时的风负载。back Page: 13实际上，作用于接触悬挂上的负载是二者的矢量和，称为实际上，作用于接触悬挂上的负载是二者的矢量和，称为合合成负载成负载。 合成负载合成负载包括：悬挂在无冰无风时的单位合成负载、在包括：悬挂在无冰无风时的单位合成负载、在覆冰时的单位合成负载、在最大风时的单位合成负载。覆冰时的单位合成负载、在最大风时的单位合成负载。 从载荷的变化情况可分为：从载荷的变化情况可分为：永久负载和可变负载永久负载和可变负载。 永久负载包括：线索、腕臂、绝缘子及其附件、结构构永久负载包括：线索、腕臂、绝缘子及其附件、结构构件等的自重，线索张力引起的负载，土压力

13、等。件等的自重，线索张力引起的负载，土压力等。 可变负载包括冰、风等负载。可变负载包括冰、风等负载。back Page: 14back g g 线索单位长度重力负载（线索单位长度重力负载（kN/mkN/m） s s 线索的横截面积（线索的横截面积（mm2mm2） 所求线索的密度（所求线索的密度（kg/m2 kg/m2 ） gHgH 自由落体重力加速度自由落体重力加速度9.819.81（m/sm/s2 2） g =sg =sgHgH 10 10-9-9自重负载计算：自重负载计算： 首先，在负载计算中，垂直负载和水平负载均认为是沿首先，在负载计算中，垂直负载和水平负载均认为是沿跨距均匀分布。跨距均

14、匀分布。 自重负载是由线索、导线、绝缘子、线夹、吊弦和零件自重负载是由线索、导线、绝缘子、线夹、吊弦和零件的自重或净重产生的，它们被作为一个整体，即线索单位长的自重或净重产生的，它们被作为一个整体，即线索单位长度重力负载度重力负载g g ，采用平均悬挂间距进行计算：，采用平均悬挂间距进行计算： Page: 15冰负载计算：冰负载计算： 接触网线索和设备覆冰与否，应视电气化线路所在地区接触网线索和设备覆冰与否，应视电气化线路所在地区的实际情况而定，根据研究，我国的覆冰重点地区在西南的的实际情况而定，根据研究，我国的覆冰重点地区在西南的云贵川和湖南湖北等省份。覆冰地区一般选取云贵川和湖南湖北等省份

15、。覆冰地区一般选取-5-5为线索覆为线索覆冰时的温度。冰时的温度。 线索覆冰厚度不得小于该地区实际观测到每五年一遇的线索覆冰厚度不得小于该地区实际观测到每五年一遇的最大冰厚。覆冰考虑为圆筒形最大冰厚。覆冰考虑为圆筒形沿导线表面等厚度分布沿导线表面等厚度分布, ,不考不考虑导线截面的不规则形状虑导线截面的不规则形状, ,设计资料中只给出承力索覆冰厚设计资料中只给出承力索覆冰厚度。度。back Page: 16 接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰载荷接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰载荷, ,考考虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用, ,计算接触线冰厚时应折计算

16、接触线冰厚时应折算为承力索覆冰厚度的一半。算为承力索覆冰厚度的一半。 线索覆冰的密度因地区和结冰情况不同而异线索覆冰的密度因地区和结冰情况不同而异, ,为统一起为统一起见见, ,一般取为一般取为0.90.9克克/ /立方米。立方米。 简单说来，冰对接触网的影响有两方面：增加线索的机简单说来，冰对接触网的影响有两方面：增加线索的机械负荷；影响正常供电。械负荷；影响正常供电。back Page: 17冰的分类表冰的分类表back Page: 18导线覆冰导线覆冰的危害的危害不同期脱冰或不同期脱冰或不均匀覆冰事故不均匀覆冰事故导线覆冰导线覆冰舞动事故舞动事故过负载过负载绝缘子串冰绝缘子串冰闪络事故闪

17、络事故第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back Page: 19架空导线防冰架空导线防冰除冰的一般原则除冰的一般原则抗抗防防避避融融改改back第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算 Page: 20风负载计算：风负载计算： 风会给接触网带来附加负载，严重时会吹断线和支柱，风会给接触网带来附加负载，严重时会吹断线和支柱，破坏接触网系统的正常工作。设计风速是接触网设计最基本破坏接触网系统的正常工作。设计风速是接触网设计最基本的设计参数之一。但要准确选定设计风速是一件非常困难的的设计参数之一。但要准确选定设计风速是一件非常困难的事情，因

18、为它因地而生、因地而变。在接触网中是以事情，因为它因地而生、因地而变。在接触网中是以1010米高米高空自记录空自记录10min10min的平均风速作为设计依据的。的平均风速作为设计依据的。 最大瞬时风速和最大平均风速间有最大瞬时风速和最大平均风速间有1.51.5倍（平均而言）倍（平均而言）的关系。的关系。back Page: 21 风根据经过的地形，无论在垂直还是水平方向上受到约风根据经过的地形，无论在垂直还是水平方向上受到约束，风速将增大而成为强风。垂直约束在风超过山岳等时发束，风速将增大而成为强风。垂直约束在风超过山岳等时发生，此时风速会增大生，此时风速会增大50%50%左右。根据日本风洞

19、试验，在路堤处左右。根据日本风洞试验，在路堤处同样存在垂直约束合风速相对增大，在接触网接触悬挂高度同样存在垂直约束合风速相对增大，在接触网接触悬挂高度附近，可达到平地处同样高度风速的附近，可达到平地处同样高度风速的1.21.51.21.5倍。其上吹角也倍。其上吹角也从从1010度达到度达到1515度。水平约束常发生在山峡，垭口地带。度。水平约束常发生在山峡，垭口地带。 反之在森林和都市地带，由于地表面不整齐，受到摩擦反之在森林和都市地带，由于地表面不整齐，受到摩擦影响使风速降低。影响使风速降低。back 据观测，据观测，30m30m宽的防护林可将风速降低宽的防护林可将风速降低20%-40%20

20、%-40%；60m60m的的防护林可将风速减小一半。防护林可将风速减小一半。 由此可知：设计风速一定要特别注意地域性和特殊性。由此可知：设计风速一定要特别注意地域性和特殊性。 Page: 22 结构设计风速结构设计风速为确定接触网构件为确定接触网构件结构强度之用。结构强度之用。 运行设计风速运行设计风速为确定接触网风偏为确定接触网风偏和跨距之用。根据和跨距之用。根据建筑结构荷载规建筑结构荷载规范范(GB50009-(GB50009-2001)2001)的附录的附录D2.2 D2.2 规定规定: :选取最大风选取最大风速时速时, ,一般应有一般应有2525年以上的资料。年以上的资料。 根据国外高

21、速根据国外高速铁路试验和运营数铁路试验和运营数据据, , 高客专隧道内高客专隧道内必须按最大结构设必须按最大结构设计风速对隧道内接计风速对隧道内接触网结构进行气动触网结构进行气动力的影响计算。力的影响计算。运行设计运行设计风速风速结构设计结构设计风速风速隧道结构隧道结构设计风速设计风速 设计风速的选择设计风速的选择back Page: 23风压计算的说明：风负载是由风的动能形成的，在计算接处风压计算的说明：风负载是由风的动能形成的，在计算接处网线风压时作了以下几点假设：网线风压时作了以下几点假设：风负载计算说明风负载计算说明 （1 1）假设风速恒定；）假设风速恒定；（2 2）假设风向垂直于接触

22、网的纵向布置，且不发生改变；）假设风向垂直于接触网的纵向布置，且不发生改变；（3 3）在标准大气压下，单位体积的风吹在单位面积上所形成的风压为）在标准大气压下，单位体积的风吹在单位面积上所形成的风压为压计算系数；压计算系数；因此、当实际条件不满足以上假设时，需进行修正；用于修正的系数有：因此、当实际条件不满足以上假设时，需进行修正；用于修正的系数有： (1) (1) 风速不均匀系数与风速、风向、地形地貌、跨距大小有关；风速不均匀系数与风速、风向、地形地貌、跨距大小有关； (2) (2) 风压高度变化系数与地面高度或海拔高度有关；风压高度变化系数与地面高度或海拔高度有关； (3) (3) 风荷载

23、体型系数与受风体的几何形状和受风面面积有关。风荷载体型系数与受风体的几何形状和受风面面积有关。 Page: 24各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式: :back Page: 257.1.4 各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式: :back Page: 26基本概念：基本概念：（1 1）弛度）弛度 处于两端固定，且不会发生移动的状态下的柔软线索，处于两端固定，且不会发生移动的状态下的柔软线索，其最低点至两悬挂点间的垂直距离，称为该线索的弛度。其最低点至两悬挂点间的垂直距离，称为该线索的弛度。（2 2）张力）张力 柔软线索在外力作用下

24、其内部产生的内应力。柔软线索在外力作用下其内部产生的内应力。（3 3）等高悬挂）等高悬挂 对于同一参考水平面两悬挂点高度相等的悬挂。对于同一参考水平面两悬挂点高度相等的悬挂。 第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back Page: 27（4 4）不等高悬挂）不等高悬挂 对于同一参考水平面两悬挂点高度不相等的悬挂。对于同一参考水平面两悬挂点高度不相等的悬挂。（5 5）简单悬挂）简单悬挂 只有一根线索的悬挂。只有一根线索的悬挂。back Page: 28弛度计算公式推导：弛度计算公式推导：假设条件：假设条件： (1) (1)线索两端固定、只受重力作用；线索两端固定、只受重力作用； (2) (2)线索十分柔软、刚度不计；线索十分柔软、刚度不计； (3) (3)线索的直径与其长度相比较忽略不计；线索的直径与其长度相比较忽略不计； (4) (4)线索的自重沿跨距均匀分布。线索的自重沿跨距均匀分布。等高悬挂的张力和弛度计算：等高悬挂的张力和弛度计算：第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back Page: 29Tglf82fglT822)(4lfxlxy如图所示如图所示当当fyylxmax2/back Page: 302)(4lf