《高速电气化铁路区间接触网平面设计》7600字（论文）

高速电气化铁路区间接触网平面设计摘要高速电气化铁路作为我国主要运输手段之一，在我国运输领域扮演者及其重要的角色，近年来我国正在逐步完善和提升电气化铁路运营里程，在高速铁路牵引供电系统中，接触网直接参与整个供电过程，其性能决定了整个系统的可靠性。本设计基于接触网设计准则，系统地介绍了接触网平面的步骤和流程，并根据现有相关资料，确定接触网各结构的结构类型和相应技术参数，并对选取的各种类型进行比较选取最优方案。本次设计大体分为四个部分，查找相关资料确定本次设计地区的气象参数，并对设计计算中所需要的气象参数进行说明；进行接触网的相关负载计算；根据电气化铁路设计规程选取合适的拉出值和跨距并进行校验，选取适当的锚段长度并进行校验；对平面图进行绘制和说明。结合选定的设备型号、支柱布置和锚段的划分情况等主要参数，完成区间接触网平面布置图的主体绘制，并对区间接触网平面布置图的绘制步骤以及图中需要的具体线路参数、表格栏等进行说明，并根据选取的设备具体型号配以相应的装配图。关键词：电气化铁路；接触网；平面设计目录摘要 11绪论 41.1工程背景 41.2设计范围 41.3设计依据 41.4设计目标 41.5本设计的主要工作 52气象资料 62.1计算中需要的环境参数 62.2当地温度的极大值与极小值 62.3出现刮风情况最严重时的速度 62.4刮风最严重情况出现时的温度 62.5线索结冰情况下的温度 72.6覆冰厚度和覆冰密度 72.7线索结冰时当地的风速 72.8接触线不受任何外界因素影响下的温度 72.9吊弦及定位器正常位置时的温度 83主要设备选型和计算负载的确定 93.1主要设备的选型 93.2负载类型 103.3各种负载的计算 103.4跨距长度的计算 133.5锚段选定 154陈官营至西固平面图设计 204.1放图 204.2放置支柱 204.3划分锚段 204.4确定拉出值 204.5确定支柱类型 204.6表格栏及相关说明 204.7安装图号 224.8陈官营至西固区间接触网设备装配图说明 224.8.1陈官营至西固区间接触网设备装配图说明 224.8.2下锚支柱装配图说明 224.8.3直线绝缘转换柱装配图说明 224.8.4直线非绝缘转换柱装配图说明 234.8.5直线中间立柱正、反定位装配图说明 234.8.6曲线外侧中间柱装配图说明 234.8.7回流线下锚装配图说明 234.8.8回流线腕臂柱肩架装配图说明 24结论 25参考文献 271绪论1.1工程背景兰新铁路陈官营至西固区间，直线距离约为公里，全线为双线电气化普速铁路，设计时速为，采用直供加回流线的供电方式。1.2设计要求查阅资料，确定本次设计区间所在地区的气象参数、进行悬挂模式的选用及比较、比较不同线索的优缺点并进行选择、完成负载计算以及平面图中主要技术参数的确定，对陈官营至西固区间接触网进行平面设计。1.3设计目标(1)在进行接触网平面设计时，要根据当地实际情况确定设计内容。(2)应尽量使用新技术、新设备。(3)要考虑施工单位在施工过程中的施工难度，满足其性能要求的同时在设计中留有一定程度的余地。(4)在设计过程中，要结合本地区实际情况，工程造价不易过高，选取性价比最优的方案。(5)要求设计出来的接触网整体具备较高的可靠性，其能够满足长时间处于正常工作状态。(6)接触网的设计要保证铁路的整体运行安全，保证其可靠性的前提下，发生故障或事故时造成的影响尽量降至最低。1.4设计步骤图1设计流程图1.5主要内容(1)查找本地区的环境条件；(2)选取相关设备的型号和参数；(3)各种负载的计算；(4)计算最大跨距并进行风偏移值校验；(5)选取合适的锚段长度并进行张力增量校验；(6)绘制陈官营至西固区间平面布置图及设备装配图。

2气象资料2.1主要参数计算中应包括以下气象情况：当地温度的极大值与极小值、出现刮风情况最严重时的速度、出现刮风情况最严重时当地的温度、线索结冰情况下的温度;线索结冰情况下冰层厚度以及冰层密度、线索结冰时的当地的风速、接触线不受任何外界因素影响下的温度、雷电日（或小时）。2.2当地温度的极大值与极小值设计所在的地域环境决定温度的上限与温度的下限，一般不根据特殊地区的环境进行选取而由整个气象区决定，一般取值为的整数倍。综合考虑全国不同地域的情况，一般选取最高温度为,最低气温由各地域的具体情况而定。（最高计算气温的确定受到环境辐射产生热量和电阻发热的影响，一般为环境最高气温的倍。）2.3出现刮风情况最严重时的速度设计计算中选定的出现刮风情况最严重时的速度选取为：高空位置处，测定刮风情况最严重时此处的风速，选取每间出现刮风情况最严重的平均最大值。由于确定最大风速时查询资料选取的年数较少时，平均法的准确度不高，故目前一般采用变通法。其确定步骤为:根据查找的每年气象资料，根据年份将每的资料作为一组，相邻组数年份依次排序，选取每组内的较大值求出各组较大值的平均。式中，——第组中最大风速值；——占有资料的年份数；——划分的组数。2.4刮风最严重情况出现时的温度由于各地区刮风最严重情况出现时的温度有所差异，故一般选取刮风最严重情况且此月份出现此现象次数最多的月份的月平均温度值。2.5线索结冰情况下的温度接触线和承力索是否会有结冰情况，与当地的气象情况有关，常年温度或者某段时期温度较低的地域会有结冰情况。2.6覆冰厚度和覆冰密度承力索标准冰层一般会提前给定，其值一般由气象条件取为、、、等的倍数值。按照规定，一般情况下接触线在结冰时其冰层厚度应为承力索结冰时其冰层厚度的一半。但如果处于常年温度较低且极易形成冰层的地区，则应由当地实际情况决定，一般取为承力索标准覆冰厚度。覆冰厚度一般大于等于当地每年中的最大一次覆冰厚度（值为零值或的倍数）。线索覆冰的密度计算中一般取。覆冰厚度为：式中，——单位长度导线覆冰后的总重力负载；——无冰时单位长度导线自重负载；——导线半径；——覆冰密度。2.7线索结冰时当地的风速覆冰时线索的风速一般无法测定，计算中一般由经验和有关资料选取为其。（个别强风重冰区除外）2.8接触线不受任何外界因素影响下的温度接触线不受到任何如大风，拉伸等自然或人为原因造成的位置偏移，其自身处于水平状态且在正常工作时的温度。取值方法为：一般地，，认为其不受外界因素影响下的温度低于平均温度；，认为其不受外界因素影响下的温度低于平均温度。简单链形悬挂：弹性链形悬挂：2.9吊弦及定位器正常位置时的温度在实际现场中，吊弦和定位器产生的纵向偏移值不应受到温度的太大影响，吊弦和定位器应尽量保持水平。本次设计陈官营至西固区间为西北地区，属于第Ⅳ气象区。3设备选型和计算负载的确定3.1主要设备的选型(1)接触线的选择接触线作为牵引供电系统中的最基本器件，直接参与牵引供电中的获流和取流过程，所以需要其能够保持较长的正常工作状态，对其性能参数有一定要求。为了使其尽可能长时间处于正常工作状态，需要其满足以下要求：①能够承受更大的拉应力由于接触线会受到各种因素影响导致其发生形变，所以需要其能够在发生一定形变的情况下保持正常的工作性能，一般需要其抗拉强度在500N/mm尽可能大的拉应力的同时线密度还应该更小。②电阻系数低接触线的电阻率要越低越好，在常温下电阻率达到0.01768~0.0200以内说明其达到要求。③耐热性能好由于牵引供电具有高压，大电流的特点，接触导线长时间工作时会导致接触线发热，而降低接触网性能，故其耐热能力需要满足正常工作状态下的要求，通常需要其在300°C以下不发生软化。④抗摩擦损耗能力强在正常运行时受电弓与接触网间存在相对滑动，会产生一定的摩擦力，长期工作会导致接触线磨损，同时由于接触线暴露在露天环境中，还需要一定的抗腐蚀能力。⑤制造长度长接触网中一般情况下不允许接触线上有接头连接，故障抢修情况下也只允许一定时间用接头暂时使用，根据锚段的要求需要其长度在1800~2000m之间。我国采用的接触线类型一般铜接触线和银铜合金接触线等，结合导电性能的要求以及经济效益，本次设计接触线选用CTHA-120。(2)承力索的选择我国设计采用的载流承力索有:镁铜合金载流承力索，钢芯铝绞线载流承力索，硬铜绞线载流承力索等。铝的耐腐蚀能力和抗拉伸能力都比铜要好，且在单位重量下，其导热和导电性能都要优于铜，且载流能力更好，经济性高，故本次设计采用钢芯铝绞线载流承力索。选用线索的具体参数如下表所示：表3.1线索选用情况表线索选型选用型号计算截面(mm2)材质单位质量(kg/m)计算直径(mm)张力(kN)线索密度(kg/m3)线胀系数(1/oC)弹性系数(MPa)接触线CTHA-120120AgCu1.08212.9158.94×10317×10-6124000承力索LGJ-185210.93Al0.73318.9158.89×10318.9×10-61240003.2负载类型负载按受到外力方向的不同分为垂直负载，水平负载和合成负载，但是负载并不是均匀分布在一个区段内的，无法测定，所以在计算中通常认为水平负载和垂直负载均匀分布。水平负载指由于刮风影响对线索产生的负载以及吊弦在水平方向上偏离正常位置造成的负载，但其偏离位置一般很小，在计算中可以忽视此部分负载。垂直负载指由于线索自身重力造成的垂直方向的负载以及在气温较低时由于线索结冰产生的冰负载。单位长度负载指水平负载和垂直负载在一个单位长度的接触悬挂内产生的负载。合成负载指线索以及吊弦和线夹在大风天气、结冰情况以及无风无冰三种情况下的合成负载。3.3负载计算(1)自重负载线索在一个单位长度内由于自身重量产生的负载：(2)冰负载线索结冰情况下单位长度的冰负载，：(3)风负载风负载就是在大风条件下，风对线索的影响所形成的负载。（体型系数和不均匀系数由悬挂模式和风速选取为0.85和1.25）。在气温较低结冰情况受风下的单位长度负载：(4)合成负载没有任何环境因素下的合成负载：出现刮风情况最严重时的合成负载：气温较低结冰情况的合成负载：3.4跨距长度的计算一般情况下，接触线应该在受电弓中心位置，但在大风等恶劣天气条件下，接触线由于风的影响会在水平方向产生偏移，规定平直线路不应超过，曲线上不应超过，在缓和区段上不应超过。链形悬挂模式按照最大风偏移值决定跨距（其中为当量系数，对于链型悬挂，一般取值为之间，本设计取为）。为确定跨距长度，一般是先求得最大跨距，在求得的最大跨距内选取跨距长度，由最大跨距计算公式得知，为了求取最大跨距，需要先选定拉出值。所以在确定跨距之前，需要先选定一个拉出值，由此求得最大跨距，在计算出的最大跨距内选取合适的跨距，进行最大风偏移值的验算。拉出值选取参照表如下：表3.4拉出值选取参照表实际半径R/m180≤R≤12001200≤R≤1800R≥1800直线拉出值a/mm400250150300(1)直线区段：本次设计直线区段选取跨距为。(2)校验所选跨距的最大许可受风偏移值:满足要求。(3)曲线区段:选取。(4)校验所选跨距的最大许可受风偏移值：式中，——曲线半径；——接触线水平面内的支柱挠度，。——接触线张力；——选取的拉出值。满足要求。(5)缓和曲线上最大许可受风偏移值：满足要求。缓和曲线在各个位置长度上有差异，曲线和距离没有均匀分布，所以在缓和曲线上没有固定的最大值，一般是根据经验选取一个跨距值，再由最大风偏移值验证所选取的跨距是否符合要求，并根据计算的结果调整跨距或拉出值。此次设计取缓和曲线跨距为。3.5锚段选定锚段的作用是将接触网区段分成若干没有机械连接和电气连接的分段，便于发生故障时的检修以及避免发生事故时波及范围过大增大事故影响，这也就意味着锚段长度不易过长。对于全补偿链形悬挂模式，直线上要求不大于，在困难情况下不大于，曲线上如果曲线半径小于且曲线部分占一个锚段长度的，要求其不大于。当发生温度变化时，线索由于材质等原因会发生一定的热胀冷缩现象，这就导致了两端张力不均，使接触悬挂不能处于良好的工作状态，故需要加装中心锚结使其固定。按照设计规定，为保证锚段选取的合理性以及划分锚段的作用能够正常发挥，要求中心锚结相邻两侧线索伸缩范围小，其由于距离产生的张力变化不能因温度差值影响大于。链形悬挂锚段长度的计算：(1)吊弦引起的张力变化接触线在正常工作由于各种因素导致其张力发生变化，一般只考虑温度变化热胀冷缩引起的伸长或缩短和吊弦位置产生偏移导致的张力变化，为最大温度或最小温度与平均温度之差，由气象条件得知。（取吊弦的长度为，。)①在直线区段上，当时，当时，，满足张力增量要求。②在曲线区段上，当时，当时，，满足张力增量要求。(2)定位器引起的张力增量(直线上变化很小可以忽略)当时，当时，因为，所以，所取长度满足条件。(3)考虑弹性变的张力增量①在直线区段上,当时，式中，——弹性模量，；——接触线的横截面面积，；——水平拉杆长度，。当时，因为，所以，所取长度满足条件。②在曲线区段上，当时，当时,，满足张力增量要求。

(4)考虑接触线的弹性伸长①在直线区段上,当时，当时，因为，所以，所取长度满足条件。②在曲线区段上，当时，当时，因为，所以，所取长度满足条件。综上所述，选取的锚段长度满足本设计要求。4陈官营至西固平面图设计4.1放图区间接触网平面设计根据所查找资料中线路的构成、直线曲线长度、桥梁隧道等结构具体位置和大小绘制，比例一般为。4.2放置支柱支柱是接触网结构中的重要支撑装置，承担接触悬挂和支撑装置的负荷。相邻两支柱间的跨距长度应尽可能选取最大跨距长度，在布置支柱时如果遇到桥梁应合理调整跨距，避免在桥梁上架设支柱。4.3划分锚段由上文中锚段的选定部分确定的数值进行锚段的划分，在锚段中需要设置中心锚结，其一般位于一个锚段的中间位置，使相邻两侧线索伸缩范围小，起固定作用。本次设计区间中布置为五跨绝缘锚段关节和三跨非绝缘锚段关节。4.4确定拉出值具体数值由上文中跨距计算中确定。4.5确定支柱类型在陈官营至西固区间，中间柱位于相邻的两个锚段关节中间，与主要应用于锚段关节处的锚柱相隔，其余部分大多采用钢柱，但如果线路是垂直方向，锚柱也可以代替中间柱使用。本设计所用支柱类型为：钢柱：；锚柱：；转换柱：；中间柱：。4.6表格栏及相关说明线路的整体布置图位于图纸正中，为了更明确地表达技术参数，还需要在线路图下方注明、。(1)侧面限界支柱的放置坐标由跨距与侧面限界共同决定，其也称为“支柱侧面限界”，用符号表示。直线区段侧面限界不得小于，；曲线外侧侧面限界；曲线内侧侧面限界。(2)支柱类型在表格栏中需要注明每个支柱的具体参数。支柱作为接触网结构中的重要支撑装置，其可靠性尤为重要，需要其性能满足最差的气象情况要求。(3)地质情况设计地区的当地地质情况是进行支柱放置和选用的主要依据，需要满足支柱于所在位置相匹配，在平面图中进行注明。①土壤允许承压力其在图中标注为：“”。其中，“”表示该区段为填方、“”号表示该区段为挖方；“”表示该区段土壤的允许承压力。②土壤安息角其在平面图中标注为：“”。其中，“＋”表示该区段为填方、“”号表示该区段为挖方；“”表示该区段土壤的安息角。(4)接触线高度其数值会影响支柱等设备的布置，需要对其合理选择并进行说明。(5)基础类型基础类型应标明基础及横卧板的类型和数量，其选择依据是地质条件及基础稳定性校验。横卧板能够增加支柱底端的基础稳定性，在受到外力作用时，防止支柱在外力作用下倾斜，故需加装横卧板。其数量和种类由该处地质情况决定。横卧板的型号有两种，无论哪种类型，其孔径均为，只有尺寸稍有不同，需要根据当地具体条件选择合适的尺寸，孔距或者，孔距。4.7安装图号在实际施工过程中，各种构件都需要按照图纸进行安装，组成的构件不同，支柱的整体性能都会降低，从而导致整个接触网性能下降，且可能会在运行过程中出现故障，所以需要标明每种支柱的装配图，为设计施工提供参考。4.8陈官营至西固区间接触网设备装配图说明4.8.1陈官营至西固区间接触网设备装配图说明区间接触网平面布置图利用CAD绘制出一个区间内所有主要设备的安装位置和技术参数以及整个线路的地质构造，在图中还需标明地质情况、拉出值、锚段布置以及区间公里数标注等，它能看出一个区间段的供电方式、支柱布置情况、锚段设置以及主要设备的具体参数，能反映出接触网设计的主要技术要求。陈官营至西固区间接触网平面设计图如附图A.1所示。线索的选型和参数如上文中所示，其张力大小均为；悬挂模式为全补偿简单链形悬挂；导高为。具体设备装配图见图B.1~B.7。4.8.2下锚支柱装配图说明具体装配图如图B.1所示。(1)当中心锚结至补偿坠砣串大于且承力索采用型号，或大于且承力索采用硬铜绞线时，承力索与接触线的坠砣均更换为铁坠砣，坠砣杆更换为铁坠砣杆。(2)要在其安装图中标明此为在侧面限界情况下进行。4.8.3直线绝缘转换柱装配图说明(1)在实际现场中，为便于施工，在支柱主体安装完毕后，需要在水平腕臂端部预留余量、在定位管装置端部预留余量，剩余部分裁掉，以便于后续的安装工作。(2)定位支撑装置需要在一定角度下进行安装，按规定需要在情况下安装。(3)需要在其安装图中标明此为在侧面限界情况下进行。4.8.4直线非绝缘转换柱装配图说明(1)定位支撑装置需要在一定角度下进行安装，按规定需要在情况下安装。(2)需要在其安装图中标明此为在侧面限界情况下进行。4.8.5直线中间立柱正、反定位装配图说明(1)本次设计中柱体高度为。(2)定位支撑装置需要在一定角度下进行安装，按规定需要在情况下安装。(3)需要在其安装图中标明此为在侧面限界情况下进行。(4)图中虚线部分为反定位。4.8.6曲线外侧中间柱装配图说明(1)本次设计中柱体高度为。(2)定位支撑装置需要在一定角度下进行安装，按规定需要在情况下安装。(3)需要在其安装图中标明此为在侧面限界情况下进行。4.8.7回流线下锚装配图说明(1)下锚拉线上部和下部的焊接环朝上。(2)角钢水平，与支柱贴齐。4.8.8回流线腕臂柱肩架装配图说明肩架安装高度应符合设计要求，肩架呈水平状，施工允许偏差。

结论本设计通过查找线路