高速铁路接触网系统的设计说明

高速铁路接触网系统的设计思路

摘要本文针对既有铁路接触网的设计现状，提出了高速铁路接触网系统的设计思路，接触网系统的多个方面。探讨了设计中应考虑的技术方向，为接触网工程设计人员提出了参考性建议。-

关键词高速接触网设计

前言

对于高速电气化铁路来说．接触网系统的各项技术参数影响着高速受流的性能。在高艺过程中．接触网和受电弓的运行状态相互影响，其中若有任何不相匹配的性能．就会破的正常取流。

总的来说．接触网是一个沿线质量分配、刚度等不同的弹性系统；受电弓本身是由框架、弹构成的弹性构件。并且固定在一个纵向，横向加速度不断变化着的电力机车上。在受电弓自力作用下．整个接触网有不同程度的位移和振动。并与受电弓构成一个振动系统。其振动筐和频率受到接触线高度＼接触网弹性，吊弦长度、及接触网自身结构和受电弓结构等技术良韵制约．加之外界环境的影响．此振动非常复杂。当此振动系统中的接触线和受电弓的振囱不能协凋一致时。就会造成离线。严重影响受流质量臼因此．若要保障高速运行时的良好酝。就必须同时考虑采用技术合理并相互良好匹配的接触网与受电弓．同时改进二者的相关性能。

因此，要求在设计接触网系统时．改变以往中低速铁路接触网的设计思路．开辟一条新的成与高速受电弓相互良好匹配的接触网系

统。

卜高速电气化铁路中。各国专家对接触网一受电弓系统的各项技术均进行了长期深日探索。所涉及的．项目具有极大深度。并且，反复在各大干线上进行实验．以验证研究这对于高速电气化刚刚起步的中国铁路来说，无疑是极其有益的。

悬挂方式的选用与设计思路

良性能和综合经济性上比较。弹性链形悬挂具有较大的优点，但悬挂方式的最终选用指导思想和总体目标．

陆上适用于高速的接触网悬挂形式主要有三类：复链形悬挂、弹性单链形悬挂和简瞄的接触网导线及材质龟同样的工作张力，三种悬挂的波动传播速度相同．影响咖弹性K和弹性差异系数笆晕按此标准，复链形的弹性差异系数s≤4％．弹性单链形的巨≤10％．而简单单链形的￡≤49％，差别是非常明显的，从技术性能上来看，复链形应是最好的。但如果℃的取用不同，e＼￡的差别则不足以说明三种悬挂的优劣，需具体分析。

从国外的研究、认识发展过程和经验教训分析，运行速度在250km／h以上时，由于目前的材料工艺水平限制了C的进一步提高，因此改善接触网弹性显得十分必要和有效。在速度达到350km ／h以上时，简单单链形甚至弹性单链形的潜力已经十分有限。因此，从各项技术性能来看．长远地讲?复链形悬挂是高速接触网的最佳悬挂方案。但由于复链形造价昂贵．且构造安装非常复杂．考虑到目前我国的经济实力，因此即使现在(近期)暂不采用，也应在支柱容量和

高度、跨距等方面预留安装复链形的条件。

弹性单链形悬挂和简单单链形悬挂的主要区别是在形式上有无弹性吊索(即Y形吊弦)。弹性吊弦的设置可以明显改善弹性差异系数，并带来一系列技术上的好处，从而达到较好的技术性能。虽然弹性吊索的安装调整需要在精密安装条件下，借助一定的专用工具才能保证正常的安装状态．但是这在我国是可以实现的。并且，弹性单链形悬挂适于双弓取流．能达到800t的牵引重量．与我国国情较符；而简单单链形悬挂欲达到时速300km／h时，只能要求牵引重量限制在400t，并且机车头之间必须用高压母线联结。因此，从技术性能＼经济性、构造复杂性安全可靠性等各方面进行综合比较，弹性单链形悬挂较适合我国高速铁路的近期目标，但必须预留远期复链形悬挂的安装条件．

此外．在高速动车段的检修库内．考虑到与库内检修设备的相互配合．宜采用刚性悬挂接触轨的挂网形式。

3 接触悬挂结构参数的设计

3．1 接触线张力TJ和承力索张力TC

理论及实验结果都证明，为了达到高速时的良好受流质量，接触线张力应尽可能大。

理论上讲．当导线截面积相同时．增大导线内部的张应力，可减小接触网的弹性．增大接触导线的波动传播速度。德国的Re250架空接触网的120导线设计采用了125N／mm2的张应力。产生的波动传播速度为425km／h。当120mm2接触线内的张应力为175N

／mm2时．波动传播速度升至504km／h；同时多普勒系数也相应增加，在时速为350km／h时，从0．10增大到0．18；反射系数由0．427降至0．392；因而，放大系数也由4．3降至2．180可以看出．接触线张应力的加大．改善了架空接触网的所有特性参数。这一改善在动态过程中也得以体现。实验证明．当接触线张力从15KN升至21KN时，接触压力的标准偏差降低了很多，约降低了25％，接触压力的峰值也相应减小，还可以使抬升量，尤其是动态抬升量得到相当大的减小。因此，在设计更高速度的架空接触网时，增大接触线张力是改善接触网特性的一个强有力的措施。承力索的张力与接触线的张力有一定的配合关系●承力索的张应力的大小影响到反射系数．从前面的特性参数分析中可知，为了获得较小的放大系数，承力索的张应力不宜太大。承力索内的张应力由290N／mm2降到2直0N／mm2时，放大系数从0．46减小到0．42，在运行速度为280km／h时．放大系数由2．2降到2．0，相当于降低了10％o有些国家宁愿适当放大一些力索弛度，增加结构高度，尽量保持最经济跨距，而不轻易增大承力索张力．导致接触网的反射系数的减小．这对运行中保持适当均匀一致的弓网接触压力是有益处的，否则引起配套金具，支柱等工程造价增大，是很不经济的．因而．从经济角度和施工安装角度出发，在Vmax二300km／A的运行条件下，对于弹性单乡悬挂，建议选用的接触线张应力为175N／mm2．承力索张应力为210N／mm2．即接触线张宜大于20kN．且承力索张力Tc宜在15kN一20kN范围内；复链形悬挂

的主承力索张力5kN．辅助承力索的张力为重5kN或更低些。

结构高度HJ从前面所述的公式中可知，结构高度不影响任何高速的特性参数。但是．实际测量结果却乏出。增大结构高度改善了弓网的动态性能，这种改善从接触压力的标准偏差的降低可以得巨实。因此．为了使架空接触网适于高速运行，有条件时，应给定足够大的结构高度。但结构高度的采用受到悬挂形式、跨距(经济性)的影响．也与侧面限界有关．因此．综合考F参考实验测量结果，在预留时速350km／h的条件下．一般选用1．5～1．8m较为适宜．特况下．如在隧道内或跨线建筑物下。可采用1．1～1．4m。接触导线悬挂高度H一般高速电气化铁道接触网的接触线高度宜尽可能地低．其优点有：

·有利于改善受电弓的归算质量、空气动力等特性参数；

·减小接触网支柱容量；

·减小隧道有跨线·建筑物的净空；

·减小工程量，降低造价。

在我国，接触线的高度应满足高速及中速跨线车辆建筑限界及受电弓的工作范围。由于高电路车辆限界及受电弓的工作范围采用4．8m，这样．电力机车受电弓的最低工作高度为3mm．考虑一定的受电弓的振动，接触线的最小高度不应小于5300mm。因此．综合考虑其它因素．接触导线的悬挂高度H取l 3m～5．5m为好。跨距L根据接触网弹性的定义．跨中弹性与跨距成正比．因此。跨距减小。则跨中的弹性也相应减接触网的弹性差异也就减小．而且还能减