Research on Contact Networks of Rapid Transit Railway

Chai Hongqi

（China Railway Electrification Bureau Group Third Company，Zhengzhou 450015，China）

摘要：高速铁路是当今世界铁路发展的潮流，随着经济技术的发展和交通运输的激烈竞争，高速铁路以其独特的优点被许多国家作为大力研制和重点发展的目标，高速铁路和客运专线接触网是高速铁路牵引供电系统和铁路客运专线的主体和关键。论文在以讨论和辨证高速铁路接触网的弓网关系上，进行了深入的研究，同时也总结了抑制普通铁路接触网发展的主要原因。对比性的将普通接触网与高速接触网进行了阐述，具有针对性的概括与研究。

Abstract： Rapid transit railway is the trend of world railway development. With the economic and technological development and the serious competition of communications and transportation, many countries take rapid transit railway as the objective of research and development. Contact networks of rapid transit railway and railway line for passenger traffic is the main body and key of rapid transit railway tractive power supply system and railway line for passenger traffic. Based on the discussion of relationship between pantograph and catenary, this article conducts a deep research, and summarizes the main factors of limiting general railway contact networks, expounds general contact networks and rapid railway contact networks comparatively, and makes a summarization and research with purpose.

关键词：高速铁路 接触网 牵引供电系统

Key words： rapid transit railway；contact networks；tractive power supply system

中图分类号：U22文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0045-02

1接触网简介

接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由支柱与基础、支持装置、定位装置、接触悬挂等四个部分组成。我国普通接触网的电压等级为25KV，供电系统采用工频单相交流制。

2制约普通铁路接触网运行的重要因素

接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。

2.1 普通接触网在恶劣的气候或环境条件下运行时，不能保证电力机车正常取流或影响取流质量，接触网的线索弛度、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、弓线间的磨耗关系等都会随气象条件的变化而变化，突然的恶劣气候变化会严重影响电力机车正常取流或影响取流质量，还可能造成重大行车事故。

2.2 普通铁路接触网不具有良好的电气与机械特性，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。

2.3 普通接触网的负荷特性较弱。随着铁路运输能力的增加，普通接触网很难承担电力机车牵引负荷。负荷变化使接触网经常承受较大冲击，因而也不能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，也成为制约普通接触网的工作的一大关键问题。

2.4 普通接触网设备结构过于简单，在外界温度变化时，由于接触线热胀冷缩的物理特性，其张力和弛度变化很大，容易导致接触线弹性不均匀，不利于电力机车的取流运行，在事故情况下，需要对较长的线路进行停电，也不便于抢修和迅速恢复送电。

总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上平稳安全运行，以上因素正成为了普通铁路接触网运行中不可忽视的因素。

3我国高速电气化铁路接触网的成熟技术

高速铁路接触网能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，以下是目前我国高速电气化铁路接触网的一些比较成熟的技术总结。

3.1 我国已经拥有高速弓网关系的计算机仿真模拟软件：高速电气化铁道的一个重要课题就是解决接触网和受电弓的参数配合，以保证高速的受流质量。该系统能在设计或试验之前就能确定最佳方案，节省大量人力，物力，财力，缩短最佳方案的确定周期，能排除空气流、轨道、线材缺陷、工程误差等在试验中造成的假象。

3.2 七种关键器件结构的研制：①轻型铝合金定位装置。定位器的性能是影响受流质量的关键。该定位器采用了铝合金材质，按照正常受电弓的动态包络线，并考虑裕度确定杆部外形。其性能指标：最大工作荷重1.5kN，重2.4千克，满足弓网关系提出的受电弓安全通过值，耐振动次数不小于2000000次（振幅20毫米，频率3-5Hz）。②高速绝缘锚段关节。性能指标：非工作支抬高量500毫米，接触线寿命20年以上，通过计算机仿真模拟，分别在各种不同参数下的锚段关节进行模拟，接触网可满足运行要求。③高速新型线岔，根据观测，受电弓倒角70毫米处是接触线平均嵌入点，这是交叉线岔事故频繁的原因。为此我国铁路工程师成功研制了无交叉线岔结构。④消除电火花耐腐蚀吊弦。采用整体吊弦，无论在任何温度下施工，采用按照平均温度计算制作的整体吊弦施工，保证导线高度符合设计值，满足高速运行弓网受流质量要求。⑤轻型可靠横向电连接线夹。由于供电的要求每隔200米安装一组横向电连接线夹，其轻量化对改善受流质量具有重要作用。⑥调整方便，精度高，稳定性好的水平腕臂支撑结构，新研制的腕臂结构克服了传统斜腕臂由于套管铰环位置变化引起其他位置参数变化的缺点。⑦我国高速铁路接触网主要采用弹性链形悬挂和简单链形悬挂等模式。（图1）

3.3 我国高速铁路接触网采用的供电方式研究目前我国高速铁路接触网的供电方式通常有：BT（吸流变压器）、AT（自藕变压器） 及同轴电力电缆三种方式。

3.3.1 BT方式：BT器是一种变化是 1:1 的变压器，它的原边在接触网 Tx 内串接，副边在特设的回流线（N）内串接，每两台 BT 中间都有一根吸上线的安设外接回流线和钢轨。（图2）

3.3.2 AT方式：若列车以350km/h的速度运行，追踪间隔是 3min，最大供电臂长度为30m，列车对数为2对，使用AT供电方式，通过仿真计算，牵引变电所单相结线牵引变压器安装容量通常为2*120MVA，供电臂末端最低电压通常为20374v，可以满足电力机车受电弓网最低 20kv 的工作电压的要求。这时的牵引变电所能够达到50～60km的间距。

3.3.3 同轴电力电缆方式：该方式是新型的防干扰供电方式，在电气化铁路穿越的大城市或者在有比较高的净空要求的隧道、桥梁等特殊地段比较适用。同轴电力电缆的埋设沿着铁路，电缆的内导体充当馈电线并联到接触网，电缆的外导体充当回流线连接钢轨。每隔约5～l0Km的距离分为一个电缆供电分段。该方式的供电特性与抗干扰效果较好，可是需沿线埋设同轴电缆，需很高的工程造价。

3.3.4 我国高速铁路接触网还采用带回流线的直接供电方式：若列车以200km/h的速度运行，使用带回流线的直接供电方式，最大供电臂长度为25km，客车追踪以4min运行，供电臂运行最大列车数为2对。根据计算，牵引变电所单相结线牵引变压器安装容量为2*40MVA，供电臂末端最低电压水平为20667V，满足电力机车受电弓上最低工作电压20kv的要求。这时的牵引变电所能够达到40～50km的间距。若列车以250km/h速度运行，使用带回流线的直接供电方式，最大供电臂长度为25km，客车追踪以5min运行，供电臂运行最大列车数为2对。根据计算，牵引变电所单相结线牵引变压器安装窑量为2*63MVA，供电臂末端最低电压水平为 20185v，这时牵引变电所能够达到40～50km的间距。若列车以300Km／h的速度运行，使用带回流线的直接供电方式，最大供电臂长度为25km，客车追踪以6min运行，供电臂运行最大列车数为1。根据计算，牵引变电所单相结线牵引变压器安装容量为2*50MVA，供电臂末端最低电压水平为20392V。这时牵引变电所能够达到40～50km的间距。

3.4 弓网受流性能比较对于设计技术，弹性链形与简单链形并没有本质的区别，弹性链形的设计技术关键就是怎样使弹性吊索的长度与张力和承力索与接触线的张力相匹配，从而使悬挂点处接触网静态弹性和跨距中部接近。我们可利用计算机仿真模拟来确定弹性吊索的长度与张力，从而大大提高了工作效率。对于施工技术，与简单链形悬挂相比弹性链形悬挂多了弹性吊索的安装调整这一工序，其它施工项目的施工方法与工艺大体相同。简单链形接触网吊弦长度仅和本跨的接触网参数（跨距长度、结构高度）有关，和相邻跨的接触网参数无关。所以，吊弦长度的计算与安装调整相对简单，现场或是工厂预制的整体吊弦能够一次安装到位，这样可以较少的耗费工时。此外，在现场施工过程中，三种线索不论哪个线索张力有了偏差，力系的平衡都会受到影响。

通过对两种不同悬挂类型技术的比较，我国已经可以灵活将简单链形悬挂和弹性链形悬挂应用到不同的客运专线当中，以适应国民经济的发展需要。

4高速接触网相关结论

高速电气化铁路与普通铁路相比较，其最大的特点就是要运输量大、运营速度快、安全可靠。因此高速铁路接触网有着与普通接触网截然不同的概念，接触网和受电弓的安全可靠和经济高效运行，将是制约世界各国铁路发展的最大话题。随着我国高速电气化铁道及客运专线的建设，对接触网相关技术提出了更高的要求。只有妥善解决好高速列车受电弓在与接触网滑行中的各种问题，高速铁路才可以有更大的发展。