接触网中心锚结

接触网工程课程设计报告
专业：电气工程及其自动化
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指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2014年7月4日
1 中心锚结
中心锚结是指在锚段中部，接触线对于承力索、承力索对于锚柱（或固定绳）进行锚固的方式，称为中心锚结。

它的要求在两端装有补偿装置的锚段里，必须加设中心锚结。

2 中心锚结的作用
2.1 中心锚结的作用
接触悬挂的每一个锚段，它的导线都是独立的线段，在正常情况下，无论是硬锚还是补偿下锚，一个锚段内的导线都是作为整体而工作的。

导线在温度变化时要伸长（或缩短），对于两端硬锚的导线，纵向不会产生位移，导线所产生的伸长都耗散在每一个跨距内。

两端补偿下锚的导线，因导线上各种拉力和阻力不同，两端会出现不平衡的拉力，从而使导线向一端移动。

为了防止这种现象的产生以及当锚段内出现断线后能缩小事故范围，可以在锚段的约一半长度的一个跨距内（锚段中间部位）设置中心锚结，将该点的导线拉紧固定，在任何情况下，该点都不会出现偏移。

接触网锚段安装中心锚结后，线索在中心锚结处相当于死固定方式，因此当温度变化时，锚段内线索的热胀冷缩便发生在中心锚结与两端的补偿器间，有效缩短了线索的伸缩范围。

中心锚结具有以下作用：
⑴在一个锚段实行两端补偿时可防止补偿器向一侧滑动，特别是在具有坡度的线路上。

⑵设立中心锚结后可以缩小事故范围，即当一侧发生断线事故时不至影响中心锚结另一侧悬挂线路，有利于抢修事故和缩短事故抢修时间。

3 中心锚结的结构和设置
3.1中心锚结的设置
设置中心锚结时，在直线区段，一般尽量设置在锚段的中间部位，当含有曲线时，中心锚节应靠向曲线较多的部位。

在两端装设补偿器的接触网锚段中，必须加设中心锚结。

每个锚段中心锚结的安设位置应根据线路情况和线索的张力增量计算确定。

中心锚节位置一般设在锚段中部附近，原则上要求从中心锚节到两端补偿器间的张力差应大致相等。

3.1 半补偿中心锚结
半补偿链形悬挂的中心锚结如图3.1所示。

半补偿中心锚结承力索两端都是硬锚，纵
向不产生移位，接触线两端为补偿下锚，用锚结绳固定在承力索上，使该点接触线也不产生移位。

中心锚结设在锚段中间部位的一个跨距中间。

当一侧接触线断线后，另一侧接触线在中心锚结辅助绳的拉力下，不发生松动现象，起到了缩小事故范围的作用。

锚结绳的长度一般应为承力索与接触线间距的20倍，但不得小于15m。

图3.1 半补偿中心锚结
3.2 全补偿中心锚结
全补偿链形悬挂的承力索和接触线两端都是补偿下锚，均可能因两端张力不平衡而产生移动，所以承力索和接触线都要设置中心锚结进行固定，其固定形式相当于由半补偿链型悬挂中心锚结与承力索中心锚结两部分组成。

接触线的中心锚结绳在跨距中间与承力索固定，而承力索的中心锚结是在接触线中心锚结所在的跨距内增加一根承力索中心锚结辅助绳，在该跨距两端的腕臂上固定以后，再延长一个跨距拉向另一支柱锚固，使该跨距的承力索不产生位移，因此承力索中心锚结由三个跨距组成。

如图3.2，承力索中心锚结绳通过绝缘子串并抬高后下锚。

全补长链型悬挂中心锚结由半补偿链型悬挂中心锚结部分及辅助绳组成。

辅助绳的中间与承力索固定，两端锚固定在支柱上。

安装时辅助绳应抬高锚固，一般不得低于承力索的高度。

图3.2 全补偿中心锚结
3.3隧道内中心锚结
在隧道内，对应于不同的悬挂类型，隧道内中心锚结分为简单悬挂中心锚结、半补偿链型悬挂中心锚结及全补长链型悬挂中心锚结。

简单悬挂中心锚结及全补偿链型悬挂中心锚结兼有悬挂点的作用。

半补偿链型悬挂中心锚结设在跨距的中间，在结构形式上与全补偿长形式类同。

隧道内中心锚结的特点是可以利用隧道顶，将承力索或接触线相应固定装置直接固定到隧道顶上。

4 中心锚结位置的确定
4.1中心锚结位置
中心锚结布置的原则是：使中心锚结两边线索的张力尽量相等。

直线区段一般设在锚段中间处；曲线区段一般设在靠曲线多、半径小的一侧。

在两端装设补偿器的接触网锚段中，必须加设中心锚结。

每个锚段中心锚结安设位置应根据线路情况和线索的张力增量计算确定。

一般布置原则是使中心锚结固定点两侧线索的张力尽量相等，并尽可能靠近锚段中部。

当锚段全部在直线区段或整个锚段布置在曲线半径相同的曲线区段时，该锚段中心锚结应安设在锚段的中间位置。

当锚段布置在既有直线又有曲线且曲线半径不等时，该锚段的中心锚结应设在曲线多、曲线半径小的一侧。

在特殊情况下，锚段长度较短时(一般定为锚段长度800m以下)可不设中心锚结，视为半个锚段，可将锚段一端硬锚，另一端线索安装补偿器，此时的硬锚就相当于中心锚结。

一般情况下，对于锚段长度的校验，接触线应保证张力增量值不超过15%T j，承力索应保证张力增量值不超过10%T max，而对于中心锚结的校验，则分别计算从中心锚结到两端补偿器之间的张力差，若张力差大致相等，则满足技术要求。

4.2相关资料和参数
4.2.1设计条件
高速电气化铁路相较于普速电气化铁路，需要更好的受电弓受流能力和接触网的动态稳定性。

因此高速电气化一般优先采用全补偿链型悬挂模式，以保证接触线能在不同的环境条件发生变化时，始终保持一定的弹性和水平结构，最终选择两跨全补偿式中心锚结更适合高速电气化铁路的设计要求，结构如图4.1所示。

图4.1 两跨全补偿链型中心锚结
针对南方Ⅰ区气象条件，选取高速电气化铁路正线区间两跨式全补偿链型悬挂中心锚结进行实例计算。

其中正线区间取锚段长度为1600m ，其中直线区段长度为900m ，曲线区段为700m 。

中心锚结设置在分界点沿曲线区段方向250m 处，则在直线区段方向补偿器与中心锚结间的距离为L =950m ，跨距l =60m ；在曲线区段方向补偿器与中心锚结间的距离为L =650m ，跨距l =50m ，曲线半径R =3000m 。

4.2.2具体参数
(1)接触线采用GLCN 195(钢铝接触线)：T
j =8.5kN ；接触线计算截面积为：
S j =195mm 2；接触线的弹性系数为：E j =100000MPa ；线胀系数为：
=17×10K ；接
触线的自重负载为：g j =8.07×10kN/m 。

(2)承力索采用LBGLJ 185(铝包钢铝绞线)：T
c =15kN ；承力索计算截面积为：
S c =185mm 2；承力索的弹性系数：E c =69000MPa ；线胀系数：
=20.4×10-6K ；承力索自重负载：g c =6.78×10kN/m 。

(3) t
max =40℃，t min =20℃。

故吊线及定位器处于正常位置时的温度102)20(402m in m a x d =-+=+=t t t ℃，所以∆t = t max t d =4010=30℃。

(4)在全补偿链形悬挂中，接触线驰度变化很小，且温度变化耗损于驰度方向的纵向位移较小，因此，=0。

(5)接触线无驰度时，承力索的驰度F 0=0.54m 。

(6)接触线的结构高度h =1.4m ，则吊弦长度c =c
min +1/3F 0，c min =h F 0，所以c = h 2/3F
0=1.42/3×0.54=1.04m 。

(7)定位器的长度d =1.2m 。

(8)水平拉杆的长度d k =2.2m 。

4.3全补偿链形悬挂张力增量的计算
4.3.1接触线张力增量的计算
(1)直线区段产生的张力增量： 由公式j j j c j j jdE )(322))(()(S E g l L L c t g l L L T +⋅+∆--+=∆ααε得
37kN .01951000001007.8)60950(9503204.12)30)104.201017(0(1007.8)60950(9503663jdE =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯+⨯=∆----T
所以∆T jdE ﹤15%T j =1.275kN ，满足要求。

(2)吊弦产生的张力增量： 由公式c t g l L L T 2)
)(()(c j j jd ∆---=∆ααε得
kN 15.004
.12)30)104.201017(0(1007.8)50650(650663jd =⨯⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯-⨯=∆---T (3)定位器产生的张力增量：
在直线区段上，定位器对接触线张力变化影响小，可以忽略。

因此对于定位器产生的张力增量，只考虑曲线上的情况。

由公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆---∆--=
∆32))((5.02)
)((jd jm j j j ωT T t l L L Rd t l L L T αεαε得 kN 24.0315.025.8)3010170()50650(6505.02.130002)3010170()50650(65066j ω-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯⨯-⨯-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯=∆--T
(4)曲线区段产生的张力增量： 由公式))((321c j j j j ωjd j ωjd jE εαα-∆-∆+∆⋅-∆+∆=∆t S E T T T T T 得
kN 09.0)030)104.201017((19510000024.015.032124.015.066jE -=-⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯--=∆--T
所以∆T jE ﹤15%T j =1.275kN ，满足要求。

4.3.2承力索张力增量的计算
(1)在直线区段上，承力索沿线路中心布置，在温度变化时，承力索虽有转动仍可认为承力索不产生张力增量,故∆T cdE =0kN 。

(2)曲线区段承力索只考虑温度变化的张力增量： 由公式cm c k c c )(5.02)(T t l L L Rd t l L L T ∆-+∆--=∆αα得
kN 26.01530104.20)50650(6505.02.23000230104.20)50650(65066c -=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯-⨯-=∆--T
(3)曲线区段承力索的张力增量： 由公式t S E T T T ∆∆-∆=
∆c c c c c cE 321α得
kN 26.030104.20185690003)26.0(2126.06cE -=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯--=∆-T
所以∆T c E ﹤10%T c =1. 5kN ，满足要求。

4.4全补偿链形悬挂中心锚结的校验
(1)接触线中心锚结的校验：
∆T j =∆T jdE ∆T jE =0.37(0.09) =0.46kN
所以满足要求。

(2)承力索中心锚节的校验：
∆Tc=∆TcdE ∆
TcE=0(0.26) =0.26kN
所以满足要求。

5设计总结
经过一周的努力，完成了本课程设计，题目是针对南方第Ⅰ区高速电气化铁路接触网中心锚结的设计。

充分考虑南方的多风无冰的主要气象条件，对接触网的材质以及中心锚结装设的位置进行设计计算。

本设计采用的锚段长度为1600m ，其中直线段占900m ，曲线段占700m ，将中心锚结设置在直线区段和曲线区段分界点处，采用两跨式全补偿链型悬挂结构，经过对张力的测算比较，该设计符合锚段关节设计的参数要求。

设计过程中遇到了不少的困难，对具体的切入点不清楚，后来又对于计算无从下手，最终凭着自己的不懈努力、对所学知识的灵活变通以及与同学的深入交流，顺利的解决了所遇到的各个难题，圆满的完成了本次设计,对所学知识有了更加大的掌握和理解。

参考文献
[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2003. .。