接触网基础知识

第1讲 接触网概述
1.1 接触网的定义、特点、分类及组成
1 接触网的定义
接触网是电气化轨道交通所特有的、沿路轨架设的、为电力机车或电动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。
2 接触网的基本特性
(1) 接触网具有明显的环境空间特性
接触网沿路轨架设，线路四周的各类建筑物、电力输电设施、通讯信号线路与接触网之间相互影响，接触网的设计、施工、运营都须充分考虑这种影响，将其减少至最低程度。
(2) 接触网具有明显的气候特性
接触网是沿铁道线架设的露天设备，大气环境(温度、湿度、气候变化、环境污染)严重影响其运营状态。
大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等气象条件对接触网的作用十分明显，接触网的机电参数，如线索弛度、线索张力、悬挂弹性、零部件的机械松紧度及空间位置、设备的绝缘强度、线索的载流能力等都会随气象条件的变化而变化，突然的气候变化还可能造成重大行车事故。
因此、无论设计、施工，还是运营维护都必须充分考虑气候环境对接触网的影响。
(3) 接触网具有明显的无备用特性
接触网沿铁道线架设、分布区域广、加之必须与受电弓滑动接触才能将电能输送给电力牵引机车，因此、从技术上无法实现接触网的备用。
无备用性决定了它的脆弱性和重要性，一旦出现事故，必将影响列车运行，造成一定的经济损失。解决这一问题的最好途径有二：从技术上提高接触网的可靠性；从运营维护上加强现代化检测手段，真正实现接触网的状态修。
(4) 接触网具有明显的机电特性
接触网是一电力输电线，它具有电力输电线所具有的一切特性，但它又有一般电力输电线所不具备的特殊性，这种特殊性是由弓网系统的特殊性所决定的，弓网关系要求接触网必须具有稳定的空间结构，稳定的动静态特性、足够高的波动速度，为此、这接触网应具备良好的机械性能。因此、接触网不仅要满足电气性能的要求，也应满足机械性能的要求，它是一个庞大的机电系统，具有明显的机电特性。
(5) 接触网具有明显的负荷不确定性
接触网所承担的电力牵引负荷是移动的、不稳定的和随机的，负荷变化使接触网经常承受较大冲击，为保证接触网正常运行，接触网必须具备较强的过负荷能力。负荷不确定性对接触网的寿命和安全造成较大的负面影响。
（6）接触网具有明显的多学科复合特性
从理论研究看，接触网不仅涉及电气工程和机械工程的相关知识，还涉及弹性力学、振动力学、计算机仿真学(弓网受流理论)；概率与数理统计和专家智能系统(

弓网故障分析)；地质学(接触网下部工程)；理论力学、材料力学、结构力学、材料学(结构分析与优化、新材料应用)；电磁兼容技术、噪音防护技术、动物保护知识(环境保护)等多门学科的相关知识，因此、接触网具有典型的多学科复合特性。
3 牵引供电对接触网的基本要求
接触网的六大特性决定了它的重要性、复杂性和薄弱性，为使接触网能正常可靠地向电力牵引机车提供电能，接触网在电气、机械、环境等方面应满足以下基本要求：
（1）能全天候不间断地正常可靠地向电力牵引机车提供电能；
（2）能确保障人员和设备的安全，并高效、可靠、稳定地运行；
（3）有良好的机械特性，在设计条件下具有可靠的稳定性和良好的弓网特性；
（4）有良好的电气特性，能满足牵引高峰时牵引负荷对牵引电能的需求和必要的过负荷能力；
（5）零部件和设备的空间位置不影响受电弓(取流靴)正常取流；
（6）网上零部件和设备的质量轻且分布均，无硬点，悬挂弹性均匀；
（7）接触网的零件、设备、线索具有良好的防腐性，使用寿命较长；
（8）接触线质量轻、抗拉强度高、电导率高、具有良好的波动特性；
（9）接触线与受电弓滑板之间具有良好的互磨特性；
（10）结构简洁、零部件型号统一，便于施工和维修；
（11）在最高运行速度下，弓网离线率应在可容许的范围内；
（12）对其周围环境的干扰(电磁干扰和噪音干扰)应在控制范围之内。
4 接触网的类别
接触网有狭义和广义之分，从狭义上讲，接触网主要指柔性架空接触网，英文叫做“Overhead Contact System”，从广义而言，泛指为电力牵引机车提供电能的沿路轨铺设的供电线路，英文叫做“Contact Line”。
从广义上分，接触网有地面接触轨式和轨道上方架空式两大类。
地面接触轨式接触网有“第三轨供电+走行轨回流”和“第三轨供电+第四轨回流”两种供电形式。
架空式接触网有柔(弹)性架空接触网和刚性架空接触网两大类。
刚性架空接触网有“汇流排+接触线”和“架空接触轨”两种形式。刚性架空接触网和接触轨具有结构紧凑、占用净空小、维护方便，但弹性较差的特点，广泛应用于运行速度较小的地铁和轻轨交通中。
柔(弹)性架空接触网有简单悬挂和链形悬挂两大类；柔性架空接触网具有较好的弹性，适合高速受流对弓网弹性的要求，因而广泛应用于干线电气化铁路。柔性架空接触网在城市轨道交通中亦有广泛应用，由于城轨交通采用DC1500或DC3000供电，供电电压低、牵引电流大，因而其结构和技术要求与干线铁路有一定差异。
链形悬挂架空接触网可依据承力索的数

目分为：单链形悬挂(1根承力索)，双链链形悬挂(2根承力索)，复链形悬挂(3根及以上承力索)；可依据定位点处是否安装弹性吊索分为简单链形和弹性链形；可依据承力索与接触线在空中的相对位置分为：直链形、半斜链形和斜链形；可依据承力索和接触线的补偿情况分为：全补偿和半补偿链形悬挂。
为满足装卸大型集装箱作业的需要，我国目前准备在一些大型货场的货物装卸线上采用上部移动式架空式刚性接触网。
5 刚性架空接触网的组成及典型结构



6 柔性架空接触网的组成及典型结构
柔性架空接触网一般包括支柱与基础（隧道内为倒立柱或埋入杆件）、支持装置、定位装置、接触悬挂以及供电辅助设备五大部分。
支柱与基础是接触网的重要承力设备，它承受接触网的全部机械负荷并将其传递给大地。因此、支柱及基础必须稳定可靠，不发生偏移和位移，强度能满足安全要求。
支持装置承受定位装置和接触悬挂的全部机械负荷，并将该负荷传递给支柱。支持装置有腕臂柱支持、软横跨支持、硬横跨支持、隧道支持和钢架式桥梁支持等几种形式。腕臂柱支持有柔性支持和刚性支持两种结构形式，如图3.4-1所示。

（a）柔性支持 (b) 刚性支持
图3.4-1 柔性架空接触网的基本组成
刚性支持与柔性支持相比，具有结构简洁、零件数少、稳定性高，高速受流特性 (反射因数和增强因数)好，便于施工和维修的特点，在高速接触网中得到广泛应用。
定位装置由定位管、定位器、支持器、定位线夹、定位环以及定位钩等零部件组成，它将接触线固定在弓网受流所必要的空间位置。
对支持装置和定位装置的要求是结构简单、稳定，绝缘安全可靠，零部件少而轻、防腐性能好、便于装配和调整。
接触悬挂由接触线、承力索、吊弦等线索和设备组成，其作用是传输电能并承担一定的机械负荷。接触悬挂在电气上应具备：良好的导电性能，足够的电气强度，能承受牵引电流、过负荷电流和短时短路电流所引起的过热；机械上应能：承受重张力补偿以及附加负载造成的机械负荷；另外、高速受流还要求接触悬挂应具备较高的波动传播速度、均匀的弹性、稳定的几何空间结构，良好的摩擦学特性（主要指接触线与受电弓滑板之间）。
供电辅助设备包括分段绝缘器、分相绝缘器（仅用于常速单相交流供电接触网，高速接触网一般采用带中性段的锚段关节式电分相结构）、隔离开关、防雷设备、防电磁干扰设备、接地设备、附加导线等，其作用是提高接触网供电的安全性和灵活性。
对供电辅助设备的要求是性能稳定，

位置安装正确，安装处无硬点，操作灵活。

1、接触网概述
(1)、电气化轨道交通的起源、发展、供电制式、牵引网供电方式；
(2)、接触网的组成、特点、主要设备、典型结构、供电方式、主要研究内容、发展方向；
2、接触网设计
(1)、设计的组成、步骤，气象条件的确定，计算负载的计算。
(2)、自由悬挂线索的机械计算，包括：张力与弛度的关系；线索实际长度计算；状态方程的建立；当量跨距、临界跨距、临界温度的概念、意义、作用与计算；安装曲线的绘制。
(3)、链形悬挂的机械计算
临界负载和结构系数的概念、意义、作用、计算；半补偿链形悬挂状态方程的建立；状态方程起始条件的确定；安装曲线计算与绘制。全补偿链形悬挂的补偿安装曲线，导高变化曲线等。
(4)、跨距和锚段长度的确定
跨距长度和锚段长度的确定依据；简单悬挂的受风偏移和最大许可跨距计算；链形悬挂的受风偏移和最大许可跨距计算；锚段张力差计算；锚段关节及中心锚结的设置。
(5)、支柱受力及支柱装配计算
支柱受力分析及负载计算；支柱容量计算及支柱选用；腕臂稳定性校验；支柱装配计算。
(6)、接触网施工计算，包括：软横跨预制计算，整体吊弦预制计算，腕臂偏移值计算。
(7)、基础稳定性计算，主要掌握棱柱形基础的受力分析及稳定性校验。
(8)、平面图设计，主要包括：平面设计的内容、步骤，站场、区间、隧道接触网平面布置的方法和技术原则，接触网CAD系统的组成及开发方法。
3、高速弓网受流技术
(1)、高速接触网的特点、研究内容、研究方法、发展方向；
(2)、高速弓网系统的特性分析，包括：高速受电弓的动静态特性，高速受电弓的质量归算方法，高速弓网系统的振动方程及其振动特性分析，弓网接触压力分析与计算、高速接触网的动静态特性(悬挂弹性计算、接触线坡度计算、波动速度计算)等内容。
(3)、高速弓网系统受流质量评价体系及其相关参数计算，包括：平均接触压力，最高运行速度下接触力最大标准偏差，最高运行速度下的燃弧率，定位器允许抬升量与最大抬升量之比值等内容。
(4)、弓网相互作用动力学分析，计算机仿真，弓网参数配合，主要包括：弓网动力学模型的建立与仿真，弓网参数对受流的影响分析，弓网参数的配合关系分析。
4、接触网施工
(1)、接触网施工的组织管理和技术管理。
(2)、接触网施工的主要内容和基本程序。
(3)、接触网主要施工工法，包括：立杆与整正，承力索和接触线的架设，接触悬挂的调整。
5、安全运营
(1)、接触网运营管理机构。
(2)、接触网运营管理的主

要内容和规章制度。
(3)、接触网信息管理系统。
6、接触网检测技术
(1)、接触网检测概述，包括：检测方法，检测内容。
(2)、主要参数的检测原理。
(3)、检测参数的评价与处理。
(4)、接触网检测车。
接触网的发展方向
高速、重载、大密度运输是电气化轨道交通发展的必然，为适应这种发展的需要，接触网必须具备较高的电气载流量和较低的电阻抗，均匀的悬挂弹性和较高的波动速度。因此、提高接触网的电气载流量、改善接触悬挂的弹性、提高接触网的波动速度是接触网发展的方向。
一、改善接触悬挂的弹性
接触悬挂弹性是指接触网在受电弓抬升力作用下所能抬升的高度，它是影响弓网受流质量和接触网寿命的一个重要参数。弹性匀均是减少弓网振动，保证受电弓平稳取流的重要条件之一 。
为使接触悬挂的弹性一致，就必须尽量消除接触网上的集中负载（硬点）。集中负载主要集中在定位器、吊弦线夹、电连接线夹，分段绝缘器、分相绝缘器、接触线接头线夹等定位器件、紧固零件和辅助设备处。硬点会引起离线、碰弓、打弓等故障。消除硬点的主要方法是采用重量轻，导电性好、机械强度高、耐腐蚀的新型接触网零部件。
二、增强接触网的电气载流量
随着列车牵引功率的增大，流过接触网线索中的牵引电流成倍增加，接触网的网压降和发热成为影响接触网运营和安全的一大问题。采用电导率高的新型接触线，增加接触网的附加导线等方法可有效降低接触网阻抗，提高能源利用率，降低接触网发热，延长接触网寿命。
三、综合提高接触网的波动传播速度
接触网的波动传播速度是指在瞬间产生的振动沿接触线传播的速度，它决定了接触网的最大受流速度。列车运营速度（受电弓取流速度）在接触网波动传播速度的65%左右是较为合理的。接触网波动传播速度的大小与线索张力和密度比值的平方根成正比，为了提高接触网波动传播速度，需增加接触网的补偿张力，降低接触网线索的密度。因此、采用小密度，高强度和高导电率的新型接触线材是接触网发展的必然要求。
四、加强接触网的防腐能力
由于接触网的工作环境特殊，接触网零部件及其线索的防腐能力是必须考虑的，防腐能力强的接触网不仅其使用寿命长而且也可以提高接触网的安全系数、减少维护工作量、降低接触网的运营成本。因此、开发和应用具备防腐能力的新型接触网零部件和线材也是接触网发展的客观要求。
除以上几点核心内容外，为了提高接触网设计、施工、维修效率，统一接触网标准型式，采用标准化，规格化，结构简化的接触网零部件

也是接触网的发展必然。
接触网的特性决定了它是电气化铁路中最薄弱的供电设施，随着高速电气化铁路的发展，在弓网受流理论、接触网检测技术、接触网结构优化、接触网设计与施工技术等方面都有许多科研课题值得认真研究和解决。