高速铁路接触网悬挂形式及其主要技术参数

第二节高速铁路接触网一、接触悬挂形式及其主要技术参数自1964年日本开通世界上第一条高速铁路至今，世界发达国家已经致力于高速电气化铁路的研究和发展。经过30多年的运行、实验，使高速电气化铁路的车速不断提高，运营速度由220km／h提高到270km／h，正向300km／h进。法国是目前轮轨系列车时速的世界记录保持者，它于2007年4月4日进行的实验运行速度达到574．8km／h，在激烈竞争的市场经济条件下，各种交通工具之间为争夺市场运输份额，不断开发和引进高新技术，而提高铁路车速将给铁路参与市场竞争带来机遇。接触网结构构在机车车高速运运行情况况下，发发生了许许多重大大变化，需需要进行行一系列列的改革革，采取取什么样样的悬挂挂类型来来适应高高速铁路路，一直直是各发发达国家家研究的的课题。根根据国外外高速电电气化铁铁路运行行经验，高高速滑行行的受电电弓，其其抬升力力在空气气动力和和自身惯惯性作用用下，以以列车速速度平方方的比例例大幅度度增加，因因而使接接触线产产生较大大的抬升升量，当当驶过等等距支柱柱甚至在在跨距中中的等距距吊弦时时，会周周期性激激发接触触线振动动，它会会使接触触线弯曲曲应力增增加，容容易引发发疲劳断断线事故故，同时时这种振振动可沿沿导线以以一定速速度传播播，在遇遇到吊弦弦线夹和和悬挂点点时，会会将波反反射放大大引起导导线振荡荡，这是是引起受受电弓离离线的主主要原因因，离线线产生的的电弧会会烧伤接接触线使使磨耗增增加，即即电磨耗耗。当导导线弯曲曲刚度小小而张力力大时，其其波动速速度可由由下式求求出：式中TT——接触线线张力（N）；ρ——线密密度。为为了减少少导线抬抬升量，可可提高其其张力，减减少接触触网弹性性不均匀匀性，同同时也提提高了接接触线波波动传播播速度，不不引起导导线共振振使受电电弓取流流状态更更好。接接触悬挂挂形式是是指接触触网的基基本结构构形式，它它反映了了接触网网的空间间结构和和几何尺尺寸。不不同的悬悬挂形式式，在工工程造价价、受流流性能、安安全性能能上均有有差别，另另外，对对接触网网的设计计、施工工和运营营维护也也有不同同的要求求。对对高速接接触网悬悬挂形式式的要求求是：受受流性能能满足高高速铁路路的运营营要求、安安全可靠靠、结构构简单、维维修方便便、工程程造价低低。世世界上发发展高速速铁路的的主要国国家如：：日本、德德国、法法国的高高速接触触网悬挂挂形式是是在不断断改进中中发展起起来的，主主要有三三种悬挂挂形式：：简单链链形悬挂挂、弹性性链形悬悬挂、复复链形悬悬挂。各各国对这这三种悬悬挂形式式有不同同的认识识和侧重重，根据据各自的的国情发发展自己己的悬挂挂形式。日日本的高高速线路路如：东东海道新新干线、山山阳新干干线、东东北新于于线、上上越新干干线均采采用复链链形悬挂挂，近几几年来，日日本高速速铁路又又采用了了简单链链形悬挂挂；法国国的巴黎黎一里昂昂的东南南线采用用弹性链链形悬挂挂，巴黎黎一勒芒芒／图尔尔的大西西洋线采采用接触触导线带带预留弛弛度的简简单链形形悬挂；；德国在在行车速速度低于于1600km／／h的线路路采用简简单链形形悬挂，在在1600km／／h及以上上的线路路采用弹弹性链形形悬挂。下下面分别别介绍简简单链形形悬挂、弹弹性链形形悬挂和和复链形形悬挂三三种形式式的结构构和技术术性能。11、简单单链形悬悬挂以法国为代代表的高高速铁路路采用此此种类型型，在19990年开通通的速度度为3000kkm／h的大西西洋新干干线上采采用，而而且认为为该悬挂挂类型完完全可以以满足3330—3500kmm／h，简单单链形悬悬挂维修修简单造造价低，有有多年成成熟的运运行经验验。结构形式如如图2-1所示。图2-1带预留留驰度的的简单链链形悬挂挂性性能特点点：结构构简单、安安全可靠靠、安装装调整维维修方便便，适应应于高速速受流。定定位点处处弹性小小，跨中中弹性大大，造成成受电弓弓在跨中中抬升量量大，跨跨中采用用预留弛弛度，受受电弓在在跨中的的抬升量量可降低低；定位位点处易易形成相相对硬点点，磨耗耗大。如如果选择择结构形形式合理理、性能能优良的的定位器器，则可可消除这这方面的的不足。2、弹性链链形悬挂挂德国开发的的高速接接触网普遍采采用，并并作为德德国联邦邦铁路标标准，其其主要出出发点是是降低接接触网弹弹性不均均匀度，在80年代末修建的曼海姆到斯图加特高速铁路（250km／h）上采用，并计划在柏林至汉诺威、法兰克福至科隆间（300～400km／h）仍采用。弹性链形悬挂比简单链形悬挂弹性好，但造价较高。弹性链形悬挂的结构形式图如图2-2所示。在在结构上上，相对对于简单单链形悬悬挂在定定位点处处装设弹弹性吊索索，主要要有两种种形式：：“π”形和“Y”形。弹性吊吊索的材材质一般般与承力力索相同同，其线线胀系数数与承力力索相匹匹配。性能特点：：结构比比较简单单，改善善了定位位点处的的弹性，使使得定位位点处的的弹性与与跨中的的弹性趋趋于一致致，图2-2弹性链链形悬挂挂整个接触网网的弹性性均匀，受受流性能能好。其其缺点是是弹性吊吊索调整整维修比比较复杂杂，定位位点处导导线抬升升量大，对对定位器器的安装装坡度要要求也较较严格。3、复复链形悬悬挂在19664年10月建成成的日本本东海道道新干线线上采用用，时速速为2110kkm／h，它是是用带弹弹簧的吊吊弦合成成复链形形悬挂。日日本研究究部门认认为它适适用于多多弓受流流情况，在在今后3300km／／h高速线线路上仍仍采用。复复链形悬悬挂运行行性能好好，但造造价高、设设计复杂杂，施工工和维修修难度大大，复链链形悬挂挂结构形形式如图图2-3所示。图2-3复链形形悬挂在结构上，承承力索和和接触导导线之间间加了一一根辅助助承力索索。性能特点：：接触网网的张力力大，弹弹性均匀匀，安装装调整复复杂、抗抗风能力力强。表2-2--1三种悬悬挂类型型的定性性比较我国高速铁铁路尚在在试运行行阶段，已已提速的的几条干干线仍采采用原来来的接触触悬挂类类型，目目前正在在建设的的广深高高速铁路路，采用用全补偿偿简单链链形悬挂挂，根据据国外经经验和我我国铁路路路轨现现状，通通过科技技人员论论证，普普遍认为为采用全全补偿简简单链形形悬挂较较为合适适，特别别是在车车速不高高的情况况下，有有利于投投资少见见效快，完完全能够够适应2000㎞／h车速的的要求。二、高速接接触网的的主要技技术参数数11．导线线高度：：指接触触导线距距钢轨面面的高度度。它的的确定受受多方面面的因素素制约，如如：车辆辆限界、绝绝缘距离离、车辆辆和线路路振动、施施工误差差等。一一般地，高高速铁路路接触导导线的高高度比常常规电气气化铁路路的接触触导线低低，这主主要因为为：①高速铁路路一般无无超级超超限列车车通过，车车辆限界界为48800nnlm；②为了减少少列车空空气阻力力及空气气动态力力对受电电弓的影影响，受受电弓的的底座沉沉于机车车车顶顶顶面，受受电弓的的工作高高度较小小。所以以，高速速铁路接接触导线线的高度度一般在在53000mmm左右。2．结构高高度：指指定位点点处承力力索距接接触导线线的距离离。它由由所确定定的最短短吊弦长长度决定定的，吊吊弦长时时，当承承力索和和导线材材质不同同时，因因温度变变化引起起的吊弦弦斜度小小，使锚锚段内的的张力差差小，有有利于改改善弓网网受流特特性；长长吊弦的的另一个个优点是是高速行行车引起起的导线线振动时时，吊弦弦弯度小小，可以以减少疲疲劳，延延长使用用寿命。表表2-22-2为为三种高高速悬挂挂的结构构高度。表2-2--2三种高高速接触触网悬挂挂的结构构高度法国TGVV-A德国Re3330日本HC结构高度1.4m1.8m1.5m我国接触网网的结构构高度为为1.11~1..6m。33．跨距距及拉出出值：取取决于线线路曲线线半径、最最大风速速和经济济因素等等。考虑安安全因素素及对受受电弓滑滑板的磨磨耗，我我国高速速铁路一一般在保保证跨中中导线及及定位点点在最大大风速下下均不超超过距受受电弓中中心3000mmm的条件件下，确确定跨距距长度和和拉出值值的大小小。44．锚段段长度：：它的确确定主要要考虑接接触导线线和承力力索的张张力增量量不宜超超过10％，且且张力补补偿器工工作在有有效工作作范围内内。高速速铁路接接触网的的锚段长长度与常常规电气气化铁路路基本一一样。55．绝缘缘距离：：参照电电气化铁铁路接触触网的绝绝缘配合合标准。66．吊弦弦分布和和间距：：吊弦间间距指一一跨内两两相邻吊吊弦之间间的距离离，吊弦弦间距对对接触网网的受流流性能有有一定的的影响，改改变吊弦弦的间距距可以调调整接触触网的弹弹性均匀匀度，但但是，如如果吊弦弦过密，将将影响接接触导线线的波动动速度，而而对弹性性改善效效果不大大，所以以，确定定吊弦间间距时，既既要考虑虑改善接接触网的的弹性，又又要考虑虑经济因因素。吊吊弦分布布有等距距分布、对对数分布布、正弦弦分布等等几种形形式，为为了设计计、施工工和维护护的方便便，吊弦弦分布一一般采用用最简单单的等距距分布。77．接触触导线预预留弛度度：指在在接触导导线安装装时，使使接触导导线在跨跨内保持持一定的的弛度，以以减少受受电弓在在跨中对对接触导导线的抬抬升量，改改善弓网网的振动动。对高高速接触触网，简简单链形形悬挂设设预留弛弛度，弹弹性链形形悬挂一一般不设设预留弛弛度。88．锚段段关节：：锚段关关节是接接触网的的张力的的机械转转换关节节，是接接触网的的薄弱环环节，其其设计和和安装质质量对受受流影响响较大，高高速接触触网一般般采用两两种形式式的锚段段关节：：①非绝缘锚锚段关节节采用三三跨锚段段关节；；②绝缘锚锚段关节节采用五五跨锚段段关节。安安装处理理上，尽尽量缩短短接触导导线工作作支和非非工作支支同时接接触受电电弓滑板板的长度度，提高高非工作作支的坡坡度。99．接触触导线的的张力：：提高接接触导线线的张力力，可以以增大波波形传播播速度，改改善受流流性能，同同时增加加了接触触网的稳稳定性。导导线张力力的确定定受导线线的拉断断力，接接触网的的安全系系数等因因素影响响。110．承力力索的张张力：受受接触网网的稳定定性、载载流容量量、结构构高度、支支柱容量量等因素素影响，提提高承力力索的张张力可以以增加接接触网的的稳定性性，但对对弓网受受流性能能影响不不大。减减少承力力索的张张力，有有利于减减少反射射系数，承承力索的的张力受受接触网网的结构构高度的的限制，也也就是在在一定的的结构高高度上，要要保持跨跨内最短短吊弦的的长度。三三、接触触网的主主要设备备和零部部件11、接触触网的线线材（1）．接接触导线线接触导线线是接触触网中直直接与机机车受电电弓作摩摩擦运动动传递电电能的线线材，它它对接触触网——受电弓弓系统的的受流性性能的好好坏产生生至关重重要的作作用，受受流系统统的许多多性能指指标直接接由接触触导线决决定，如如：波动动传播速速度、接接触导线线的抬升升量、接接触导线线的磨耗耗、安全全系数。表表2-22-3给给出了国国外高速速接触导导线的比比较。高高速铁路路对接触触导线的的基本要要求如下下：eq\o\ac(○,1)机械强强度高；；eq\o\ac(○,2))单位位质量尽尽量小；；eq\o\ac(○,3)导电性性能好；；eq\o\ac(○,4)良好的的耐磨及及耐腐蚀蚀性能及及高温软软化特性性，使用用寿命长长；eq\o\ac(○,5)摩擦性性能与受受电弓滑滑板相匹匹配。表2-2--3国外高高速接触触导线的的比较/·1型0S0S101111度g-27力N/m-随随着运行行速度的的提高，为为了提高高抗拉强强度，增增大波动动传播速速度、耐耐磨性，国国外有关关国家对对高速铁铁路的接接触导线线都趋向向于研制制铜合金金导线或或复合导导线。铜铜合金导导线是在在铜中加加人其他他金属元元素，如如镁、银银，采用用合金方方法制成成的。复复合导线线是用铜铜与另一一种机械械强度高高的金属属制成的的。（2）．承承力索承承力索是是接触网网承载接接触导线线，并传传输电流流的线材材。承力力索的选选用应符符合下列列条件：：承力索索的线胀胀系数与与接触导导线相匹匹配；机机械强度度高；耐耐疲劳、耐耐腐蚀性性能好，耐耐温特性性好；导导电率高高。国外高速铁铁路使用用的承力力索性能能如表22-2--4所示示。表2-2--4国外高高速铁路路使用的的承力索索性能表表日本本法国国德国承力索镉铜绞线BZ65120-BBZ张力/KNN24.51421我国电气化化铁路接接触网的的承力索索一般采采用955mm22和70mmm2的铜合合金绞线线，增加加承力索索的张力力可以增增强接触触网的稳稳定性。（3）．弹弹性吊索索对对弹性链链形悬挂挂，弹性性吊索一一般选用用截面积积为35mmn2的青铜铜绞线，张张力为2．8～3．5kkN。22、高速速铁路接接触网的的支持装装置（1）．支支柱：由由于高速速铁路接接触网的的承力索索和接触触导线的的张力增增大，使使作为接接触网支支撑的支支柱受到到较大的的负荷，另另外，还还要考虑虑到接触触网的稳稳定性问问题。高高速铁路路接触网网支柱的的选择，区区间一般般采用环环形等径径预应力力混凝土土支柱；；桥上支支柱采用用热浸镀镀锌钢柱柱；软横横跨硬横横跨支柱柱；跨度度小时用用环形等等径预应应力混凝凝土支柱柱，跨度度大时选选用热浸浸镀锌钢钢柱。（2）．硬硬横跨：：是用于于站场或或两股以以上线路路的接触触网支持持钢结构构，一般般用型钢钢焊接成成梁式结结构横跨跨于线路路上空，用用于支持持接触悬悬挂。这这种刚性性硬横跨跨的特点点是，各各股道上上的接触触网在机机械上和和电气上上相互独独立。接接触悬挂挂在硬横横跨上采采用吊柱柱旋转腕腕臂的支支持结构构，其结结构特性性与区间间中间柱柱基本相相同，组组合定位位装置与与区间的的接触悬悬挂完全全相同。硬硬横跨的的优点是是，机械械上独立立，结构构稳定，抗抗风能力力强，寿寿命长，在在受流性性能上与与区间接接触悬挂挂相同。法法国、英英国、日日本等国国家的高高速铁路路接触网网几乎全全部采用用硬横跨跨。我国国的高速速铁路的的接触网网也趋向向使用刚刚性硬横横跨。（3）．腕腕臂支持持结构：：为了提提高接触触网的稳稳定性和和安全性性，高速速铁路接接触网采采用刚性性腕臂支支持结构构，由水水平腕臂臂和斜腕腕臂组成成的稳定定三角形形结构，提提高了腕腕臂结构构的整体体稳定性性和抗风风能力。（4）．组组合定位位装置：：组合定定位装置置包括：：定位器器、定位位管、支支持器，定定位防风风拉线和和定位管管防风支支撑，这这部分零零部件对对接触导导线起定定位和支支持作用用，影响响弓网受受流性能能。在在机械结结构上它它必须满满足接触触导线温温度偏移移，保证证高速受受电弓安安全通过过及接触触导线抬抬高等要要求。对对定位器器的要求求：eq\o\ac(○,1)构造简简单，安安装方便便，不形形成接触触悬挂硬硬点；eq\o\ac(○,2)材质上上一般采采用铝合合金材料料，重量量轻，耐耐腐蚀；；eq\o\ac(○,3)具有较较高的强强度；eq\o\ac(○,4)环路电电阻小，不不形成电电损坏。33、高速速接触网网的终端端锚固类类零部件件终终端锚固固类零部部件包括括：承力力索终端端锚固线线夹、接接触导线线终端锚锚固线夹夹、张力力补偿器器、坠砣砣等。((1)张力补补偿装置置张张力补偿偿装置是是调整承承力索、接接触导线线张力，使使它们保保持恒定定的自动动装置，是是接触网网的关键键部件。高高速铁路路接触网网一般有有两种方方式的自自动张力力补偿装装置：①滑轮组组自动补补偿装置置；②棘轮补补偿装置置。对张张力补偿偿装置的的要求是是，传动动效率高高，达到到97％以上上；安全全可靠；；耐腐蚀蚀性能好好，少维维修，寿寿命长，有有断线制制动装置置。坠砣砣采用铁铁坠砣。((2)承力索索终端锚锚固线夹夹和接触触导线终终端锚固固线夹这这两种零零件是接接触网的的主要受受力部件件，是保保障接触触网安全全的关键键零件。在在结构上上，有锥锥套式螺螺纹胀紧紧结构和和楔形胀胀紧式结结构两种种。在材材质上，整整体铝青青铜，紧紧固件采采用不锈锈钢。其其工作张张力，应应满足20～27kN。44、高速速接触网网的电连连接类零零件电电连接是是保证接接触网各各导线之之间及各各股道之之间电流流畅通的的部件。对对它的要要求是：：电连接接线夹与与接触导导线或承承力索间间的接触触电阻小小，整体体电连接接导电性性能好。在在结构上上，连接接可靠，重重量轻，耐耐腐蚀。在在材质上上，用纯纯铜和铝铝青铜。55、吊弦弦及吊弦弦线夹它它是接触触网的悬悬吊类零零件，在在接触网网中调节节接触导导线弛度度，又可可分流，属属于面广广量大的的零件。正正确选用用悬吊类类零件将将有效地地保证接接触网的的受流性性能，又又能减少少其维修修工作量量。在高高速接触触网中，一一般先经经过现场场测量，再再计算出出每跨中中每根吊吊弦的长长度。在在工厂将将吊弦线线夹和吊吊弦制成成一体后后，到现现场直接接安装。对对吊弦及及吊弦线线夹的要要求为：：重量轻轻，体积积小，耐耐腐蚀，安安全可靠靠。材材质上，吊吊弦采用用青铜绞绞线；吊吊弦线夹夹采用铝铝青铜。6、高速接接触网的的线岔线岔是两股股道接触触网交叉叉处的装装置，是是接触网网上的重重要设备备，在常常速下，一一般采用用有交叉叉线岔，运运行经验验表明它它完全能能满足要要求，但但也存在在着问题题，交叉叉线岔硬硬点不易易消除，机机车无论论从正线线进入侧侧线，还还是从侧侧线进入入正线，在在始触点点处受电电弓都要要接触两两条接触触线，接接触瞬间间由于受受电弓抬抬升力的的作用，将将要接触触的导线线总是比比正在滑滑行的导导线低，如如图2-4所示示。造成成低侧导导线，会会沿受电电弓滑板板圆弧导导角向上上移动到到接触板板上，这这就难免免发生钻钻弓和打打弓事故故，也给给现场施施工和维维修带来来困难。尤尤其是高高速铁路路，这种种滑动接接触对接接触线和和受电弓弓危害极极大，它直接影响响着高速速受电弓弓的运行行安全，是是高速接接触网设设计和安安装中需需要特别别解决好好的环节节。高高速接触触网的线线岔应满满足下列列要求：：((1)满足正正线高速速行车，避避免钻弓弓、打弓弓。((2)正线进进渡线或或渡线进进正线时时，保证证受电弓弓平稳过过渡。图2-44始触点点处导线线示意图图((3)保证正正线高速速行车的的受流质质量，做做到离线线率低、硬硬点小，导导线抬高高量满足足要求。((4)安装简简单，维维修调整整方便。高速接触网网线岔一一般有交交叉式和和无交叉叉式两种种形式，根根据两种种线岔的的工作原原理，我我国的高高速接触触网适合合采用无无交叉式式线岔。无交叉线岔岔平面布布置如图图2-5所示示。由于道岔处处钢轨没没有超高高，所以以各自线线路中心心线与驶驶入该线线的受电电弓中心心轨迹相相重合。从从图上看看出，接接触网道道岔柱位位于导曲曲线两内内轨轨距距6666㎜处，正正线接触触线拉出出值为3333㎜，波波线拉出出值为距距正线线线路中心心999㎜，渡渡线导线线过岔后后抬高下下锚，在在无交叉叉线岔区区两导线线均有坡坡度，渡渡线向下下锚方向向抬高3‰，正线线坡度与与渡线坡坡度相反反为1‰（沿波波线下锚锚方向降降低）。图2-55无交叉叉线叉平平面布置置图无交叉线岔岔应达到到以下两两点要求求：（1）机车车受电弓弓沿正线线高速行行驶通过过线岔时时，不与与渡线接接触线接接触，因因而不受受渡线接接触悬挂挂的影响响。（2）机车车从正线线驶入渡渡线时（或或从渡线线驶入正正线），要要使受电电弓平稳稳过渡，不不出现钻钻弓和打打弓现象象，且接接触良好好。无交叉线岔岔工作原原理和技技术要求求当当机车沿沿正线通通过时，考考虑受电电弓最外外端尺寸寸的半宽宽为6733㎜，摆摆动200㎜，升升高后的的加宽为为100㎜，所所以机车车受电弓弓靠渡线线侧最外外端距正正线线路路中心为为：673十2200十100＝973㎜而而渡线导导线距正正线线路路中心为为999㎜，因因此受电电弓从正正线导线线上滑过过时，不不会触及及渡线导导线与波波线接触触网无关关。当当机车由由正线驶驶入渡线线时，经经过计算算和运行行实践证证明，在在线间距距126～526㎜之间间受电弓弓与渡线线接触线线接触此此段为始始触区，在在接触瞬瞬间，因因正线导导线坡度度与渡线线坡度相相反（即即正线导导线低，波波线导线线高），所所以受电电弓是逐逐渐的由由低侧导导线过渡渡到高侧侧导线，随随着渡线线导线坡坡度的降降低使受受电弓慢慢慢脱离离正线，形形成自然然顺滑的的平稳过过渡。当机车从渡渡线驶入入正线时时，在线线间距806～13006㎜之间间时接触触正线导导线，而而此时波波线导线线是逐渐渐升高，受受电弓在在上述适适当位置置处与正正线导线线自然接接触，随随着正线线导线坡坡度影响响，受电电弓慢慢慢脱离渡渡线而进进入正线线。由于于线岔区区两导线线有相反反坡度的的原因，使使受电弓弓避免了了在始触触点处出出现钻弓弓和打弓弓的危险险，因此此无交叉叉线岔工工作状态态明显优优于交叉叉线岔。对对无交叉叉线岔的的技术要要求是：：（1）正线线拉出值值为333㎜，允允许误差差为±200㎜，渡渡线导线线距正线线线路中心为为999㎜，误误差为±200㎜。（2）在线线间距1226～5266㎜间，为为正线进进入渡线线时的始始触区。线线间距5226～806㎜，是是正线与与渡线导导线等高高区。在在8006～13006㎜为渡渡线进入入正线始始触区，如如图2—16—4所示。（3）在等等高区内内，铁路路旁设立立道岔柱柱，可安安装定位位装置及及吊弦等等设备，始始触区内内不允许许安装任任何悬挂挂和定位位装置。（4）在线线间距1226～526㎜间，渡渡线比正正线高H1，在线线间距为为8006～13006㎜间，渡渡线比正正线低H2，H1、H2与道岔岔型号和和机车通通过速度度有关，需需另行确确定。（5）为了了限制道道岔定位位点处导导线的抬抬高，在在定位装装置上增增加了弹弹性支撑撑和限位位装置，使使定位器器的抬升升量为100㎜以内内。77、高速速接触网网的分相相装置我我国既有有1200km／／h以下的的电气化化铁道的