高速铁路接触网技术

高速铁路接触网技术2015.10.29手机移动)电信)办公电话：028－87600738（市办）;061-60738(路电)电子邮箱：dongzhaode@126.comQ

Q:

823135266董昭德西南交通大学电气工程学院主研方向：接触网基础理论；接触网运营管理；接触网检测技术；主要科研成果：接触网综合检测车（铁道部科技进步三等奖）、接触线探伤、接触网结构优化；主要学术著作：《电气工程与自动化专业生产实习指导》，西南交大出版社，2005；

《接触网课程设计》，西南交大出版社，

2006；铁道部及四川省12.5规划教材《接触网》，中国铁道出版社，2010；

大学本科及研究生教材《接触网工程与设计》，中国科学出版社,2014；高铁供电干部培训教材《高速铁路接触网技术》，铁道出版社，2014。

高速铁路接触网技术一中国高速铁路建设与一带一路战略二高速铁路接触网的理论体系和基本特性三弓网系统及弓网耦合四接触线及影响接触线性能的因素五高铁接触网目前面临的主要运营问题时间：1879年5月31日地点：德国柏林主创：西门子公司、哈尔斯克公司。系统：轨道：轨距1m，长度300m，椭圆；供电：铺设于两走行轨中间的供电轨，DC150V供电；机车：2.2kW直流电机驱动的‘电力机车’；编组：三节敞开式‘客车车箱’，一次可容纳18名乘客；速度：13km/h。中国高速铁路的起源与发展高速铁路接触网技术世界最早的电气化轨道交通系统1949年在唐山交通大学成立电气工程学院；

1953年11月开始设计；

1957年10月开始筹建；

1958年6月开始动工；

1961年8月15日开通；中国第1条电气化铁路：宝成铁路；中华人民共和国第一条铁路：成渝铁路

中国电气化铁路的起源与发展中电气化铁路领域3位院士！

曹建猷钱清泉丁荣军曹建猷院士中国电气化铁路之父曹建猷院士

他敏锐认识到铁路电气化对中国的重大意义，1956年参加国务院组织的制订中国科技发展12年规划工作时，他写道：“加速器和自动化方面几次征求我对专业的意见，经过考虑，最后仍决定继续我已开始的铁路电气化专业。原因是这方面的人很少，国外也没有从事这方面工作的人可以回国。如我改行，将对这个新生的专业起不小的影响”。西南交大电气化铁路的摇蓝成都中国电气化铁路的起源与发展

到2012年年底，中国电气化铁路运营里程达48000km，居世界第一；当年俄罗斯43300公里、德国21013公里、印度18810公里、日本16965公里、法国15217公里。中国已全面掌握时速350~380高铁设计、施工、检测技术；全面掌握高铁接触网零配件、接触网线、GIS开关、自动过分相等高铁关键产品研发和生产技术。中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。

牵引供电及弓网受流知识

中国高铁的起源与发展

1995年国家动议修高铁；

1998年底，广深准高速铁路通车；1999年秦沈客专动工,2003年通车，最高试验速度325km/h。2004年制定《中长期铁路网规划》，决策“四纵四横”客运专线，12000km。

2004~2005年，长客、唐客、青岛四方分别与加拿大庞巴迪(CRH1)、日本川崎重工(CRH2)

、法国阿尔斯通(CRH5)和德国西门子(CRH3)完成高速动车组技术转让和联合生产。“引进消化吸收创新走出去”战略完成第一步。

中国高铁的起源与发展

2007年4月18日第六次大提速，中国干线铁路时速达到200~250。2008年2月26日，铁道部和科技部签署共同研发380km/h新一代高速列车计划(称为中国国标车，现正在线路试验运行，至2017年底结束，定型)。2008年8月1日，中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路京津城际铁路通车运营，运行速度300~350km/h。2009年12月26日，世界上一次建成里程最长、工程类型最复杂的京港高铁武广段开通运营,运行速度300~350km/h。2010年2月6日，世界首条修建在湿陷性黄土地区，连接中国中部和西部的郑西高铁开通运营,运行速度300~350km/h。

2011年6月30日京沪高铁开通,运行速度300~350km/h。2012年12月1日，世界上第一条高寒地区高铁——哈大高铁开通运营，921公里的高铁将东北三省主要城市连为一线。运行速度：冬天200~250km/h，夏天300~350km/h。

中国高铁的起源与发展

至2014年12月底，中国高速铁路运营里程已经超过16,000公里，“四纵四横”干线基本成型。中国高铁的起源与发展

中国目前正在兴建和即将兴建的高速铁路总里程达到20,000km左右。至2015年国庆节止，中国总共开通客运专线60条，总里程为19978公里。根据<<中长期铁路网规划>>，至2015年年底，基本建成以“四纵四横”为骨架的全国快速客运网，总里程将超过20,000公里；到2020年，中国高铁将超过30,000公里。在2013年2月1日实行的《铁路主要技术政策》中，既有线提速线路已从高速铁路中移除，高速铁路仅仅指新建设计开行250km/h（含预留）及以上动车组列车，初期运营速度不小于200km/h的客运专线铁路。2020年：——铁路营业里程达到12万km，建设客运专线3万km以上——电化率达到50%——主要技术装备达到或接近国际先进水平

1四纵客专3四个城际客运系统2四横客专高速客专1环渤海地区3珠江三角地区2长江三角地区

国家“中长期铁路网规划”中国高速铁路发展规划④成渝经济区城际铁路扩容“长三角”经济圈长三角城际轨道交通以沪宁干线、沪杭干线、宁杭干线和杭甬次干线组成一个三角旗状的骨架网络。还有众多的次干线和支线。由此编织的长三角城际轨道交通远景网络，总长将长达2000公里。城际客运系统中国高速铁路发展规划轨道交通“无缝连接”京津京津冀城际轨道交通

构造北京－保定－石家庄，北京－天津－唐山－秦皇岛的城际轨道交通网络.

未来京津冀之间将由27条城际铁路线路联通，总规模达到3796km。京张、京唐和京滨城际都于年底开工，计划2016年底前开工廊涿城际、首都机场到北京新机场城际铁路联络线。京津之间正在规划第二高铁，到2020年，三地将初步形成京津冀高速铁路网。

城际客运系统中国高速铁路发展规划轨道交通助推“泛珠三角合作”珠三角城际轨道交通以两条主轴、三条放射线和两条联络线构筑主骨架：即广州-深圳、广州-珠海为二大主轴，还包括三条放射线和顺德-番禺-东莞、中山-虎门两条联络线，线网总规模约599.6公里。城际客运系统中国高速铁路发展规划“成渝经济区”力创中国经济第四增长极成渝间城际轨道交通成渝经济区所有50万人口以上的城市、三分之二的20万至50万之间城市都将通城际客运专线，形成一小时城际高铁网！拟建成12条客运专线，预计2020年新增城际客专1000公里。城际客运系统中国高速铁路发展规划未来5年，成渝地区将实施8个城际铁路项目，总里程1008公里，总投资约969亿元。

泛亚铁路网

中国一带一路发展规划泛亚铁路（Trans-AsianRailway）

亚洲18个国家于2006年11月10日在韩国釜山正式签署《亚洲铁路网政府间协定》。协定规划的总长度为8．1万公里的4条“钢铁丝绸之路”构成的黄金走廊，把欧亚两大洲连为一体。

——东南亚走廊：1.26万公里，柬埔寨、老挝、马来西亚，新加坡等国泛亚铁路网

中国一带一路发展规划泛亚铁路（Trans-AsianRailway）

亚洲18个国家于2006年11月10日在韩国釜山正式签署《亚洲铁路网政府间协定》。协定规划的总长度为8．1万公里的4条“钢铁丝绸之路”构成的黄金走廊，把欧亚两大洲连为一体。

——东北亚走廊：3.25万公里，包括德国、波兰、俄罗斯、哈萨克斯坦等国——中亚—高加索走廊：1.32万公里，芬兰、俄罗斯、阿塞拜疆、亚美尼亚、伊朗——南亚走廊：2.26万公里，包括土耳其、伊朗、巴基斯坦、印度等国

中国高铁与一带一路2413重要性国家稳定需要建立国家新体系的需要经济发展的需要加速产业转型和世界竞争力需要

(1)社会发展和国家安全需要中国为什么要发展高铁？(2)能源战略和环保的需要国家领导人为什么充当高铁义务推销员？改变时空格局，海权陆权并存，向东沿海外向型经济，向西内陆经济国外高速铁路发展现状至2013年底，全世界拥有或正在建设高速铁路的国家和地区已达到29个，已建成的高速铁路运营里程长达21472公里，在建13964公里，主要集中在日本、法国和德国。国内高速铁路发展现状2015年9.6日，中国铁路总公司总工何华武高铁是典型的绿色交通方式，每人百公里耗电不到8度。能耗比航空少2~6倍。单位旅客周转量占地少，尤其适合人口密集、人均土地资源少的国家和地区。依托高铁车站，陆续形成新的城区或城市组团，实现半小时、1小时左右交通圈、经济圈，“同城效应”得以实现。

中国构建了时速350公里高速铁路成套技术和装备，建设和运营标准体系，所积累的试验、验证和运行数据，勘察设计、工程建设和运营维护等技术和管理经验，可供修建、运营同类高速铁路时借鉴。

高速铁路接触网概述国内高速铁路发展现状2015年9.6日，中国铁路总公司总工何华武目前世界上有几个国家正在积极研发实现每小时350公里以上的运营速度。但受轮轨关系、弓网关系、流固耦合关系、运营环境等制约，轮轨式高速铁路最高运营速度是有限制的。合理的限制是每小时350公里、380公里或更高一些？这需要在技术可行性和经济合理性之间做出科学选择。高速列车脱轨事故是不可承受的灾难。必须进一步加强脱轨机理以及防脱轨技术的研究，杜绝灾难性脱轨事故发生。中国研制的最新型动车组已投入试验验证。设车载地震紧急预警装置，可接收地面地震信号，对信号信息进行处理，对车辆的运行进行控制；设碰撞安全防护装置，动车组以相对速度每小时36公里碰撞时，司机室逃生空间及乘客区域保持完整。课间休息！

高速铁路接触网技术

认知（1）设备（2）结构（3）线材及零部件

功能

分类

技术要求

特征

生产工艺

认知

计算

设计

施工

运营

检测

计算

（1）机械计算（2）荷载计算（3）电气计算(4)施工计算

施工与运营（1）技术（2）管理

检测（1）监测（2）检测（3）评估(4)设备

设计（1）外部环境（2）系统仿真（3）荷载计算（4）技术参数（5）设备选型（6）机械计算（7）平面布置（8）安装图（9）景观设计（10）接口设计二高速接触网的理论体系和基本特性2.1理论体系

环境复杂性（1）空间环境（2）气候环境（3）电磁环境（4）运营环境（1）空间环境内空间环境：与受电弓及列车的几何关系导高、拉出值、支柱侧面限界

外空间环境：

架空电力线；通讯线；桥隧及涵洞；动植物及文化古迹。二高速接触网的基本特性走向和距离绝缘空间运行安全和景观协调

无备用性

机电复合性

负荷随机性

系统性2.2基本特性

环境复杂性（1）空间环境（2）气候环境（3）电磁环境（4）运营环境

无备用性

机电复合性

负荷随机性

系统性（1）空间环境

协调接触网与其四周建筑物的空间关系时，必须处理好以下五个方面的问题：（a）接触网与建筑物间的绝缘安全和电磁安全是否能够得到充分保障；（b）接触网的导电截面是否能够得到足够保障；（c）接触网的结构高度是否受到影响，影响所造成的悬挂弹性变化是否在许可范围内；（d）因建筑物引起的跨距变化或悬挂点变化是否符合相应规定；（e）导线高度变化以及由此引起的接触线坡度变化是否在允许范围内。二接触网的基本特性2.2基本特性（2）气候环境

大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等。线索弛度；线索张力；悬挂弹性；空间位置；绝缘强度；载流能力；磨耗关系；支柱负载。气候三要素：

温度、风、覆冰。二接触网的基本特性

环境复杂性（1）空间环境（2）气候环境（3）电磁环境（4）运营环境

无备用性

机电复合性

负荷随机性

系统性2.2基本特性（2）气候环境温度对接触线抗拉强度的影响接触网在隧道内的计算温度取值曲线

大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等。

气候三要素对接触网的不良作用二接触网的基本特性2.2基本特性（2）气候环境大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等。覆冰对架空导线的破坏作用（a）垂直荷载;（b）水平荷载;（c）纵向荷载;（d）振动荷载;（e）不同期脱冰或不均匀覆冰事故;（f）绝缘子串冰闪事故;（g）导线覆冰舞动事故.

气候三要素对接触网的不良作用二接触网的基本特性2.2基本特性（2）气候环境

大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等。风对架空导线的破坏作用（a）增加接触网的水平附加负载；（b）造成接触网的舞动；（c）严重时会吹断线和支柱，（d）造成高低压线的电气短路。

气候三要素对接触网的不良作用

风无论在垂直方向还是水平方向受到约束，风速都将增大。

垂直约束在风超过山岳等时发生，此时风速会增大50%左右。

根据日本风洞试验，在路堤处同样存在垂直约束，使风速相对增大，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一~1.5倍,其上吹角也从10度达到15度。

水平约束常发生在山峡，垭口地带。二接触网的基本特性2.2基本特性课间休息！

高速铁路接触网技术（3）电磁环境—电磁非对称性

接触网电磁不平衡，对处于其影响范围之内的电子电气设备及人员都存在电磁作用，必须采取合理有效的技术措施，

具体措施：采用AT供电或带回流线的直接供电方式；采用综合接地系统；优化弓网系统，改善弓网接触性能；二接触网的基本特性（3）电磁环境—电磁非对称性具体措施：采用AT供电或带回流线的直接供电方式；采用综合接地系统；优化弓网系统，改善弓网接触性能；二接触网的基本特性（3）电磁环境—电磁非对称性采用AT供电或带回流线的直接供电方式；

二接触网的基本特性（3）电磁环境—电磁非对称性采用AT供电或带回流线的直接供电方式；

二接触网的基本特性（3）电磁环境—电磁非对称性采用AT供电或带回流线的直接供电方式；

二接触网的基本特性

牵引电流经钢轨后,从正馈线返回牵引变电所(长回路？短回路是钢轨及与钢轨并联的导线，如PW)。

AT供电原理示意图采取不同的供电方式—AT供电供电电压提高，功率输送能力强，供电距离远，可减少牵引变电所数量，减少电分相数目；有效降低对通讯线路的干扰;但接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大。AT供电模式

日本AT法国AT

中国AT

AT供电模式

日本AT日本AT的特点：在供电范围内的任何地点均是通过自耦变压器电磁传递实现牵引电能输送的；通过AT供电回路实现电流在AT所上的接触网与负馈线之间的分配（按自耦变压器变比分配，通常为1:1）电流分配仅取决于AT回路，与牵引变压器的阻抗无关。AT供电模式

法国AT

法国AT的特点在第一个AT段内，存在两条能量传递途径

直供回路和AT回路(由接触悬挂、负馈线、钢轨、牵引变压器组成)电流分配取决于直供回路与AT回路两个供电回路间的阻抗关系，受阻抗关系影响在某种极端情况下(如钢轨电阻为0时)就完全成为一个27.5kV的直接供电方式，负馈线不起作用。AT供电模式

中国AT

中国AT：牵引变压器二次侧输出55kV单相电压，牵引变压器出口不设AT所，邻近牵引变电所的轨道末端悬空，牵引变压器无中间抽头，无需布置牵引变电所出口的轨回流。电流基于AT变比分配，不受接触网、轨道等阻抗影响，简化牵引变压器的制造难度，提高牵引变压器容量利用率。

AF近端短路或开路会存在一些问题，地电流大!（3）电磁环境—电磁非对称性二接触网的基本特性综合接地系统

将铁路沿线的牵引回流系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统、建筑物、道床等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统。

◆工频干扰(50Hz)，包括电力牵引系统和输配电系统，波长在6000km左右；◆甚低频干扰，频谱在30kHz以下，波长大于10km；◆载频干扰，频谱在10~300kHz，波长大于1km；

高压输电谐波干扰、交流电气铁道的谐波干扰均在此范围之内◆射频、视频干扰，频谱在300kHz~300MHz，波长在1~1000m之间；

电子医疗设备、输电线电晕放电、高压设备和电力牵引系统的火花放电、内燃机、电动机、家用电器、照明电器等产生的干扰均在此范围之内；◆微波干扰，频谱在300MHz~300GHz，波长在1mm~1m之间；

包括特高频、超高频、极高频干扰。◆雷电及核电磁脉冲干扰，由吉赫直至接近直流，范围很宽。二接触网的基本特性（3）电磁环境电磁干扰的频谱分类◆电磁对生命体的影响

当辐射功率密度超过10mW/cm2时以热效应为主，临床症状主要表现为：头昏脑胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸等；其次是：头痛、四肢酸疼、食欲不振、脱发、体重下降、多汗；部分女工出现月经周期紊乱；男性暂时性不育，过大则会引起永久性不育。少数人员出现指颤，易激动，心动过缓和血压下降或心动过速和血压升高，白细胞数下降或增高。长时间在微波照射下将导致白内障以致视力完全丧失。当辐射功率密度小于1mW/cm2

时，对人体的危害以非热效应为主，长时间微波辐射可破坏脑组织细胞,使大脑皮质细胞活动能力减弱，已形成的条件反射受到抑制。反复经微波辐射可能引起神经系统机能紊乱。某些长时间在微波辐射强度较高的环境下工作的人员,曾出现过度疲劳、头痛、手发抖、心电图和脑电图变化、甲状腺活动性增强、血清蛋白增加、脱发、嗅觉迟钝、性功能衰退等症状，血液内白细胞和红细胞数目减少，血凝时间缩短。二接触网的基本特性电磁的危害某大学所作现场血象变化调查结果职称性别年龄高频工作前白细胞总量从事高频工作后的白细胞总量一个月三个月半年后一年后副教授男5855002700助教男2858004800460042004000助教男2862002700助教女2665002200实验员女3860002700

注：数据来源于高攸纲编著《电磁兼容总论》。二接触网的基本特性（4）运营环境二接触网的基本特性

◆涉及电力牵引单元特性、受电弓形状和几何尺寸、运营组织方式等。

◆接触网是一种特殊的电力设备，有其特定的工作环境和条件。◆不同的电力牵引单元(动车组或电力机车)、不同的受电弓、不同的运输组织对接触网的要求和影响是不同的，

◆单弓运行和双弓运行对接触网分相要求不同，

◆两受电弓之间的电气连接和距离不同，对接触网的要求不同◆不同的运输速度对接触网的要求和影响不同如，16辆编组的CRH3型动车组时速300km时，电流约936A，所需牵引功率约23400kW；时速350km时，电流约l180A，所需牵引功率约29500kVA。速度增长率为16%，电流增大26%；时速380km与350km相比，速度增加约8.6%，电流增大约20%。（4）运营环境二接触网的基本特性◆电流的增加带来的连锁反应：过热、烧损、连接件变形或松脱等。

◆不同运输组织模式或特定时段(春节，国庆等)，对接触网产生一定影响，给接触网的运营环境造成破坏。

◆对于特定的接触网，一定要按照设定的工作条件和运输组织安排运输生产。◆与普速铁路接触网相比较，高速铁路接触网的运营环境发生了较大变化，最主要体现：◆运行速度增大3倍；◆牵引功率是普速列车的3~4倍；

◆白天运营、晚上停运。（4）运营环境二接触网的基本特性◆运营环境的变化对接触网和弓网系统的影响主要表现在：

◆弓网匹配特性发生了根本变化，由几何关系上升到更重要的机电匹配；◆牵引功率成倍增长，电流热效应突显，线索和零件的物理性能和工程寿命均受到一定影响，接触线和滑板材质的机电要求增加，网中高次谐波电流绝对值增大，对接触网周围的电磁环境和电子设备的影响加大；

◆受电弓动态包络线成为弓网几何关系的重点。◆气流对弓网接触力的影响明显；◆钢轨及接触线任何一点的不平顺都极易造成接触线一受电弓系统的振动；

◆运营环境的变化，对接触网适应气候的性能要求更高，温度、覆冰、风对接触网性能和安全的影响突显。

设计条件

基本结构

侧重角度

运营环境

维护方式

管理模式和检修理念；

垂直天窗，综合作业；

状态检修，重检慎修

精细化、机械化、集约化。施工方面的要求

（1）打破专业分割;（2）施工精度要求高；（3）施工预配工厂化；（4）施工设备现代化；（5）施工人员知识化;运营维护方面的要求（1）在设计寿命期内，接触网设备的维护费用应尽可能低，基本达到免维护；（2）整个系统应采取合理防腐保护措施以达到较长的使用寿命，零件、绝缘子和部件应便于安装和更换；（3）电分段合理，便于开展各类接触网作业，而影响线路最少，并将抢修所造成的线路停运时间降到最低限度；（4）因温度变化引起的接触网状态变化不应对运营有所损害；（5）运营维护的工具和工艺现代化；（6）信息化管理。

运营环境造成维护方式的改变

环境复杂性

无备用性

机电复合性

负荷随机性

学科交叉性

由于弓与网间的特殊配合关系，接触网无备用；

无备用特性决定了接触网的唯一性、脆弱性；

唯一性：是牵引供电系统向电气列车提供电能的唯一机电系统；

脆弱性：长期处于露天环境中，性能和寿命受到天气因素的严重影响；

一旦出现故障就会影响整个铁路运营，影响电气化铁路运输组织和效率；影响乘客旅途生活和生命安全。

方法：应尽可能地提高接触网设备的可靠性，加强现代技术在接触网运营工作中的应用，实现接触网智能化。

无备用性二接触网的基本特性

接触网的线索和设备必须具备相当的机械性能，才能满足拉、压、剪、扭等力学性能以及波动、振动、弹性、疲劳等方面的动态性能；必须具备相当的电气性能才能满足牵引供电需求，机电任何一方的缺陷或不足都会降低弓网受流质量，甚至不能完成电能传输，因此，接触网具有典型的机电复合特征。

机电复合性接触线波动速度、列车运行速度与接触线抬升关系示意图

接触网的本质是高压电力输电线，对载流容量、电气强度、电压水平、绝缘安全等有来格要求；

为消除温度变化对接触网线索弛度和张力的影响提高接触网动态性能(如波动传播速度等)，对接触线和承力索施加有较大的补偿张力；

接触网线索和支撑设备还要承载冰雪和风产生的附加负载，二接触网的基本特性◆高速接触网的动态特性及评价指标

多普勒因数、增强因数与运行速度的关系反射系数多普勒系数增强系数波速利用系数波动速度二接触网的基本特性多普勒因数、增强因数与运行速度的关系

振动波在接触悬挂上的传播特性对受电弓的受流性能起着主导作用，以波的形式振动着的接触线与移动着的受电弓相互作用，形成非常复杂的运行状态。

(1)多普勒效应；

振动与波动特性

负荷随机性

环境复杂性

无备用性

机电复合性

负荷随机性

学科交叉性某馈线电流时间曲线

接触网承担的电力牵引负荷是高速移动的、不稳定的、随机的，从下图可知，对于某一特定区段的接触网而言，负荷是随机的、时有时无，网中电流可在0~1400A之间变化。二接触网的基本特性

系统特性

整体性，接触网的状态受各种因素影响，这些因素相互交叉、相互影响

系统性，弓网受流系统是一个大耦合系统，涉及线路(桥、隧、轨道)、车辆、受电弓、接触网、大气环境等众多因素，这些因素的综合作用均集中到了弓网受流这一环节上。换句话说，弓、网和弓网系统的工程设计、制造(施工)和运营维护必须综合考虑线路、车辆、受电弓、接触网、大气环境等各种因素；

从工程角度讲，弓网系统涉及土木工程（路基、桥梁、隧道、轨道）、机械工程(机车车辆)、牵引供电工程、材料工程四大工程专业；

从理论角度讲，弓网系统涉及土壤力学、材料力学、流体力学、结构力学、波动学、弹性力学、高电压技术、牵引供电技术、检测技术(参数检测)、信息工程、计算技术（弓网仿真、状态评估、设计施工、运营管理）等众多理论知识，

弓网受流的理论研究和工程实践没有单一性，必然是复合的和交叉的，这就是接触网的学科特性。二接触网的基本特性课间休息！

高速铁路接触网技术3.1弓网的系统性

弓和网是两个独立的机电系统，当其耦合在一起形成电能传输系统时，是动与静，刚与柔的耦合。需考虑动态特性、固固耦合特性和流固耦合特性。

弓网系统具有设备属性和功能属性相分离的特点，导致人们对其系统性认识不足。弓网耦合具有综合特性，是大系统耦合问题，大系统耦合条件下的弓网系统是一个试验性的科学技术综合性系统。第一，轮轨关系既有独特性，又有基础性和一定的制约性；第二，弓网关系既有独立性，又有综合性和被动性；第三，随着电气列车运行速度的不断提高，两大关系的关系就会呈现出高次幂函数的变化规律，具有特殊复杂性；三弓网系统及弓网耦合接触点固定设备移动设备机械作用电气作用电能传输！两个振动子系统小接触面传输大电流摩擦磨损（接触力与接触线抬升）（静态温升与热侵蚀）（机械摩擦与电气磨损）运行可靠性接触质量运行寿命动态性能静态电接触＞＞接触温升＞＞接触力、接触材料、集流量；滑动电接触＞＞摩擦磨损、润滑＞＞接触力、接触材料、集流量、速度；可分合电接触＞＞电火花、燃弧＞＞接触力、接触材料、集流量、速度

三弓网系统及弓网耦合大系统耦合条件下的弓网系统是一个试验性科学技术综合性系统。

四象几何电气动态材料八卦

两仪弓网受电弓接触网气象电接触地质热效应振动电磁兼容由周易引导出的弓网四象三弓网系统及弓网耦合3.1弓网的系统性3.2弓网几何关系主要技术参数：接触线拉出值；接触线高度与坡度；接触线各悬挂点高差；接触线无线夹区；弓网始触区；受电弓弓头长度和宽度；受电弓有效工作长度；受电弓动态包络线；定位器坡度和允许抬升量。弓网在空间几何尺寸的匹配关系安全运行的基础!以钢轨顶面为基准的接触线高度

以轨道轴线为基准的受电弓偏移接触线的厚度接触线的坡度比

与接触力测量系统有关的弹性和抬升

在支撑点处测量到的导高差最大允许值为20mm。范例1

假设（支撑点1到支撑点2）的公差值为+20mm，下一个支撑点（支撑点3）处的导高则应保持相同或抬高。不允许向下倾斜。支撑点1.FH=5300mm支撑点2FH=5320mm支撑点3Linea…FH=5330mmLineb…FH=5320mm∆FH=+10mm∆FH=+20mm∆FH=0mm例2（a线）

假设（支撑点2）不采用最大误差值，在另一方向接触线的工作坡度则允许达到最大值。

支撑点1FH=5300mm

支撑点2FH=5295mm

支撑点3.FH=5310mm∆FH=+15mm∆FH=-5mm例2（b线）

假设（支撑点2）不采用最大误差值，给定的导线（b线）坡度相同，（b线）则可采用20mm最大坡度值。支撑点1…FH=5300mm 支撑点2…FH=5295mm

支撑点3…FH=5275mm∆FH=-5mmchangeofsign

∆FH=-20mm定位点之间的导高差3.2弓网几何关系

定位点在纵向上发生了的位移会在横向上引起偏移，二者之间有如下关系纵移与横偏拉出值增大或减小3.2弓网几何关系无交叉线岔(广深))--------线岔的问题3.2弓网几何关系三弓网系统及弓网耦合无交叉线岔(合宁)---------线岔的问题三弓网系统及弓网耦合3.2弓网几何关系三组悬挂无交叉线岔

渡线电分段采用了四跨绝缘锚段关节形式（关节3），避免采用分段绝缘器产生集中质量。关节1和关节5为四跨非绝缘锚段关节，关节2和关节4为五跨非绝缘锚段关节（相邻两支悬挂各形成一个锚段关节）。悬挂1为正线接触悬挂，悬挂2为导向接触悬挂（相对于另一正线而言又为侧线支接触悬挂），悬挂3为侧线接触悬挂（相对于另一正线而言又为导向支接触悬挂），从B柱到C柱的区域为正线和侧线之间的转换区域（五跨关节的中心跨）。上图的布置形式基于侧线（或渡线）有电分段要求，如果侧线无电分段要求，导向支接触悬挂2可在经过C柱并在D柱过渡后下锚。三弓网系统及弓网耦合受电弓动态包络线和无线夹区

对于1950mm受电弓，距受电弓中心600~1050mm的平面和受电弓最大动态抬升高度（200mm）构成的立体空间区域为始触区，在该区域内，一般不允许安装任何零件和线夹（特殊需要时可安装吊弦线夹）.始触区无线夹区三弓网系统及弓网耦合列车通过时，定位点处的抬升课间休息！

高速铁路接触网技术弓网安全运行的核心!弓网电气耦合是指接触线与受电弓滑板间的电气匹配关系。主要技术参数：接触线和滑板的最大允许通过电流、电阻率、接触电阻、散热性能和电磨耗等。所有改善弓网性能的最终目的都是为了实现牵引电能的稳定传输，保证弓网在动和静两种工况下的电气稳定性和合理的电气磨耗。

3.3弓网电气耦合三弓网系统及弓网耦合

当工作在可分合(从分离到接触或从接触到分离)的过程时,在一定条件下会产生电弧或其它放电现象

滑板和接触线在大气中脱离接触时，被断开的电流超过0.25～1A，断开瞬间加在滑板与接触线上的电压超过12～20V，在滑板与接触线的间隙中通常会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体——这就是电弧产生电弧的最小电流如果小于一定数值，则开断时只能产生一为时极短的弧光放电——通常称为电火花

滑板和接触线间的三种工作方式:接触,可分合,分离3.3弓网电气耦合三弓网系统及弓网耦合弓网系统的电弧现象3.3弓网电气耦合电弧和电火花的区别！从产生机理和作用后果上加以区别!过热的表面毛刺飞溅或导电班点形成的火花状物体为电火花；滑板和接触线脱离或接触不良，使处于滑板和接触线间的空气分子游离击穿，产生温度极高(外焰可达6000℃)的耀眼光斑，称为弓网电弧。

弓网电弧的五害：电气磨损导线失效降低上级电网的电能质量高频电磁干扰噪音三弓网系统及弓网耦合弓网间的电流弓网间的电弧列车停车时的取流:热效应,接触电阻、接触面积散热电气磨耗列车高速运行时的取流:热效应,接触电阻、接触面积散热

表征弓网电气耦合的基本参数有：载流量，最大允许电流，电磨耗等。核心问题：弓网间电能传输的稳定性接触线与滑板在材料性能、电气指标上的匹配弓网在高速运行或相对静止两种工况下的电气稳定性和合理的电气磨耗；3.3弓网电气耦合---载流量问题三弓网系统及弓网耦合滑板磨耗的速度特性滑板磨耗的电流特性210km/h技术要求：满足动车重联运行自动过分相；正常行车可通过无电区，速度损失小，不影响行车能力；区间临时停车后，列车可靠惰行通过电分相无电区。考虑因素：列车运行方式：列车最高运行速度；前后受电弓间距及的电气连方式；分相区的线路坡度；列车过电分相方式。3.3弓网电气耦合---分相区设置以及过电压三弓网系统及弓网耦合两断口三断口几个基本概念：中性段、无电区、列车无电区、受电弓无电区、越区供电国内分相装置基本放弃器械式，多采用7、9、11跨绝缘锚关电分相。6、7、9、11为两断口八跨为3断口七跨过分相问题6、7、9、11跨绝缘锚关式电分相优点：

单弓受流时可以随意通过，双弓受流时则两弓间距与两个断口应满足一定的配合关系，接触网布置相对容易、断开点名确、标志清楚，6、7、9三种形式均按中性段小于等于190m设计，否则可能通过动车的双弓连接导致相间短路。11跨可完全断开，但无电时间过长!

过分相问题

若非工作支抬高500mm，跨距最小应为43m，九跨式无法满足要求，

七跨式跨距配置为39m＋39m＋34m＋39m＋39m，可勉强满足要求；

六跨式跨距配置为46m+48m+48m+48m+46m，可满足抬升量的要求，六跨跨距设置均匀，受流质量优于七跨，八跨3断口三断口电分相可以适应任意受电弓间距的列车运行。当列车双弓有高压母线连接时，两受电弓的间距应小于两外侧断口内侧绝缘间的距离。上下行最高速度过分相时各信号波形图

三弓网系统及弓网耦合3.3弓网电气耦合---分相区的过电压1）过分相引起的操作过电压操作过电压可达90kV以上，可能引起部分机车的车顶放电间隙击穿，导致变电所跳闸，影响列车绝缘；2）中性段上的谐振过电压列车运行在中性段时，中性段与电压互感器可形成基频铁磁谐振或分频铁磁谐振。产生的过电流可能损害机车电压互感器；产生的过电压可能损害机车绝缘；谐振过电压与过分相过电压相互叠加，可产生更严重的操作过电压。中性段感应电压、

由于中性段与带电接触线平行架设，间隔距离较小，中性段与的带电接触线的电磁耦合作用，在中性段上形成感应电压。列车中性段感应电压对列车过分过程中的过电压具有重要影响，使得过分相暂态过程更加复杂。两供电臂相角差0°90°120°180°感应电压有效值(kV)24.617.412.40中性段操作过电压、

三弓网系统及弓网耦合中性段操作过电压——影响因素、受电弓进入时刻感应电压幅值感应电压相位列车等效参数（对地电容、对地电容、电感）Xc/Xm=0.01-0.07时：分频谐振

Xc/Xm=0.07-0.55时：基频谐振

Xc/Xm=0.55-2.80时：高频谐振

中性段的谐振过电压

动车组易产生分频谐振

电力机车易产生基频谐振中性段的谐振过电压5.谐振情况下的中性段操作过电压

在不考虑谐振的情况下，列车离开中性段，与列车进入中性段的过程相似，产生的操作过电压也相同。在中性段上发生铁磁谐振的情况下离开中性段时，其操作过电压在谐振过电压基础上叠加，提高了操作过电压水平。108kV85kV谐振未谐振列车过电压全过程操作过电压谐振过电压谐振+操作过电压

三弓网系统及弓网耦合列车过分相过电压抑制措施

理论分析表明，操作过电压由电感电容形成的二阶震荡造成；该操作过电压与铁磁谐振过电压叠加，易形成更高水平的操作过电压，可影响列车运行安全。建议措施：

1）电压互感器二次侧安装阻尼电阻——抑制谐振；

2）安装氧化性避雷器于靠近受电弓侧——抑制操作过电压；

3）建议高压系统及其高压系统中的检测设备的绝缘水平应耐受90kV的操作过电压；

4）不建议采用空气放电间隙作为过电压保护。

5)在中性段设置RC阻熔保护

三弓网系统及弓网耦合为防网侧设备发生短路的风险，网侧设有5个断路器，断路器由TCMS自动控制，开/断顺序为：1、2、3、4、5；如果运行方向相反(MC2启动)，开/断顺序为4、3、2、1、5；过分相区时，启动顺序有所不同，根据不同的运行方向，顺序为：1，4，5(2，3关闭)或4，1，5。关于过分相断路器断合与手柄位问题机车自动过分相的方式：（1）地面开关站自动切换方式；（2）网上开关自动断电方式；（3）机车自动断电方式；代表：日本：地面开关站自动切换方式法国：车载自动断电方式西班牙：车载自动断电方式瑞士：网上开关自动断电方式自动过电分相技术弓网间的电气耦合---电分相地面开关自动切换方式（a）系统构成及工作原理真空负荷开关的主要技术参数额定工作电压：27.5kV;工频耐压：95kV，持续1分钟；额定关合电流：20kA;额定工作电流：1000A;合闸时间：不大于70ms;分闸时间：不大于40ms;冲击耐压：185kV;电气寿命：大于5万次；机构寿命：大于5万次。弓网间的电气耦合---电分相(2)网上开关方式L1,L2磁控线包；K1，K2真空灭弧室；ab、cd、ef、gh电分段器；Xy相间主绝缘；MDA过电压吸收器。优缺点：结构简单，截流过电压和重然过电压；瞬间失电，涌流很大，常引起变电所和机车主断路器跳闸；适合100km/h.弓网间的电气耦合---电分相(3)车载自动过分相方式（a）车载自动过分相系统的组成车载自动断电过分相系统由安装于电分相区的四个地面磁性感应器、安装于机车底部的车载地面感应信号接收器、安装于机车室内的控制系统和安装于司机室的信号指示系统四个部分组成。四个地面感应信号接收器，前后互为备用，其安装位置在机车转向架处，距线路中心距钢轨轨面弓网间的电气耦合---电分相(1)车载自动过分相方式（b）地面设备安装四个地面磁性感应器；四个车载地面感应信号接收器；控制系统；指示系统。1、2号地面感应器间的距离＝列车设计最大运行速度X主断路器断开前系统响应时间3.3弓网电气耦合---电分相高速正线地磁缸及断、合标安装位置1、高速正线4个断、合标分设于4根支柱上，单面安装。2、断标设于中性段起始端最外转换柱以外第2根支柱上，距最外转换柱81～120m。合标设于中性段终止端最外转换柱400m以外，距最外转换柱401～450m。3、磁缸设置位置以电分相最外转换柱为基准。六跨关节式电分相地磁钢及断合标联络线/动车走行线磁缸及断合标位置布置图联络线、动车走行线地磁缸及断、合标安装位置1、联络线/动车走行线4个断、合标分设于2根支柱上，正反面安装。2、断标设于中性段起始端最外转换柱以外30～105m（速度80km/h以下宜取下限值，速度80km/h以上宜取上限值），合标也设于中性段终止端最外转换柱以外30～105m（速度80km/h以下宜取下限值，速度80km/h以上宜取上限值）。3、磁缸设置位置以电分相最外转换柱为基准。◆

列车停在无电区的处理

1.立即采取断电、降弓、停车措施，司机向列车调度员报告停车原因和停车地点，通知随车机械师、列车长。由列车调度员报告高铁电调，由高铁电调确定是否可利用网上远动开关实施救援。2.下车确认换弓能继续运行时，则换弓操作。（1）CRH2系列动车组将制动手柄置于拔取位3～5秒后，重新投入制动手柄，进行升最前弓操作后，按RS复位，合“VCB”。如若前弓取流成功，在启动试验完成后，可按信号的显示继续运行。（2）CRH1系列动车组切除GFX-3。（3）CRH3系列先按下“手动过分相”按钮，待“手动过分相”按钮灯灭，主断标识变蓝后，再合主断。3.利用线路坡度退行时，应得到列车调度员确认后方区间空闲并准许，具备列车退行条件后方可进行。列车退行距离须满足动力加速过分相的需求，防止带电闯分相。4.采取“向无电区供电”方式，应严格按列车调度员的指示办理。在得到分相区已送电的通知后，升单弓验电后开车。驶出分相区后报告列车调度员。课间休息！

高速铁路接触网技术3.4弓网动态耦合-----弓网接触力

弓网动态特性是指列车高速运行时受电弓和接触线之间所表现的而在低速阶段表现不出来的异常特殊现象，主要体现在接触线弯曲应力、弓网接触力、弓网抬升量等值。弓网接触力Ｐ=Ｐ0+ＰAER±ＰR±ＰDYN

静态接触压力Ｐ0、空气动力分力ＰAER、摩擦力ＰR动态接触压力分力ＰDYN

气流主要作用在滑板上（75～80%），其余部分（25～20%）作用在受电弓框架上。弓网接触压力P——受电弓与接触网之间的接触力静态接触压力P0—驱动机构使滑板与接触线间产生的压力阻尼力PR——受电弓各关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反空气动力分力PAER——气流对受电弓产生的上下方向的作用力惯性力PDYN——弓网在运动过程中产生的垂直振动引起的惯性力三弓网系统及弓网耦合平均接触压力目标值3.4弓网的动态耦合－－弓网接触力大量测试数据的统计、积累和分析表明：受流质量良好的弓网系统，其接触力的统计规律均符合正态分布曲线68.30%95.50%99.70%S－标准压力偏差三弓网系统及弓网耦合接触网频谱特性接触网是一个有大量的自由振荡和无数个固有频率的机械系统。对称振荡：相对于参考点对称的两个点是同相位振荡；非对称振荡：相对于参考点对称的两个点是同相位振荡；离支持点最近的两吊弦之间的距离

结构系数

典型悬挂的弹性曲线

接触悬挂弹性3.4弓网的动态耦合－－弹性及其均匀性三弓网系统及弓网耦合接触悬挂弹性◆接触悬挂弹性简单链形悬挂的弹性弹性链形悬挂的弹性两吊弦间的悬挂弹性复链形悬挂的弹性定义抬升量

高速铁路接触网的基本特性和基本理论(1)滑板与接触线的材质及其匹配；(2)列车运行速度与电流(3)接触压力(4)悬挂类型与接触线的平滑性(5)线路(主要是钢轨)的平顺性(6)环境条件(1)机械作用下的磨损；(2)强电流作用下的磨损；(3)机械和强电流综合作用下的磨损；3.5弓网的材料耦合影响接触线与滑板磨耗的各种因素粘着磨损疲劳磨损腐蚀磨损实施弓网联控制度过程3.6弓网系统的设计过程与原则设计施工竣工验收接触力（燃弧）、抬升与弹性及其均匀程度有关系统设计(弓网仿真)系统设备和零部件选择施工设计(平面布置)测量、预配、组装、调整静态验收：验收接触网施工质量，验收依据：设计图纸动态验收：验收弓与网匹配用弓网系统动态性能，验收依据：静动态技术指标。接触网运营诊断拉出值、高度、线岔、关节动态值应符合要求

三弓网系统及弓网耦合

必须坚持系统性和整体性思想，通盘考虑弓网在几何、电气、动态特性、材料特性上的完全适应性；

由于接触网特性具有较大的离散性，不可能为某一接触网设计专门的受电弓，而受电弓特性具有相对的稳定性，因此，弓网系统设计应以受电弓为中心，接触网的参数和特性设计是在给定受电弓后进行的；

由于不同的弓网配合会表现出不同的相互作用特性，因此，依据某种型号受电弓所设计的接触网，施工完成之后必须用相应特性的受电弓来运行；

弓网系统设计必须借助弓网仿真系统，以确定和验证弓网核心参数的取值和合理性。3.6弓网系统的设计过程与原则

三弓网系统及弓网耦合4.1与接触线相关的主要概念

拉出值；

导高；◆坡度；

弛度；◆

磨耗；◆

载流量；◆

波动速度；◆

疲劳。接触线四影响接触线性能的因素与载流量计算(1)良好导电性能；

导电性能与机械强度是一对矛盾；(2)机械强度高；考虑波动速度、抗拉强度、安全系数、温度影响；(3)单位质量轻；降低线密度(4)高温软化特性优良；(见温度对接触线性能的影响)(5)耐磨磨耗的计算方法：(6)防腐氧化、氢化、不同金属间的腐蚀等4.2高速受流对接触线的要求

世界各国经过多年的探索和实践，接触线材料除铜及其合金材料外，似无更多选择。影响铜接触线性能的因素较多，主要可分为以下三类：1杂质和微量元素类2加工工艺类3工作环境类四影响接触线性能的因素与载流量计算4.3铜的名称及其主要成分

纯铜：也叫紫铜或者电解铜；黄铜：简单黄铜(只含锌的黄铜，简称黄铜)；复杂黄铜(除锌外、还有铅、锡、铁、铝、硅、镍等)，又称铅黄铜、铝黄铜等，统称复杂黄铜。青铜：主要指铜锡合金，由于锡属稀缺金属，目前的青铜还指不含锡的无锡青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜。白铜：主要指以镍为主的要合金元素的铜合金，若有第三元素如：锌、铝、锰等，则称为锌白铜、铝白铜、锰白铜等。四影响接触线性能的因素与载流量计算4.4