12. 接触网的工程设计与计算
接触网课程设计 接触网中心锚结的设计
接触网工程课程设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月 13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。
即是要求在两端装有补偿装置的锚段里，必须加设中心锚结。
2 中心锚结的作用和安设2.1 中心锚结的作用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锚段线索张力比较均匀，保证接触悬挂处于良好工作状态。
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。
⑶可防止线索在外力作用下向一侧串动，如风力、受电弓摩擦力、因坡道和自身重力引起的串动力。
2.2 中心锚结的安设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。
3 中心锚结的结构和要求中心锚节的安装形式有多种，对于不同的悬挂形式，中心锚节的结构形式也不同。
一般分为半补偿中心锚结、区间全补偿中心锚结、站场全补偿中心锚结和简单悬挂中心锚结。
接触网的设计程序和设计组成
第三节 接触网设计的主要内容
接触网从设计内容讲，有设计计算、平面设 计、设备选择和技术校验等 1、设计计算： 气象条件及负载计算、跨距和锚段长度计算及 安装曲线计算 2、平面设计：区间、站场及隧道平面设计 3、设备选择： 电气设备和机械设备 4、技术校核：强度和稳定性；技术性能
第四节 接触网CAD系统设计方法
§1-1 接触网设计程序
§1-2 接触网设计原始资料
§1-3接触网设计的主要内容
§1-4 接触网CAD系统设计方法
第一节 接触网设计程序
接触网设计一般按三个阶段进行：
一、初步设计 二、技术设计 三、施工设计 具体步骤：研究任务书；初步设计；初步设计文件鉴 定；技术设计；技术设计文件审批；施工设计；施工 配合及处理；参加交接验收。
初步设计
目的：解决电气化铁路的规模，确定主要技术标准和主要设 计原则、 及配合关系，确定技术经济比较和主要工程概算。
内容：依据国家的“设计任务书”进行，完成技术说明书和若干装配 图。 说明书中的主要技术原则： （一）线路、车站概况说明 （二）气象条件及污秽区说明 （三）接触网架设范围 （四）接触网悬挂类型 （五）平面布置 （六）支柱及支持装置 （七）附加导线的架设标准 （八）防护措施 （九）接触网维修组织 （十）重大特殊设计的原则及新技术应用 （十一）存在及待解决的问题
高速电气化铁路接触网- 接触网的设计计算
▪ 自由悬挂导线的张力与弛度计算 ▪ 简单悬挂的状态方程 ▪ 半补偿链形悬挂的张力与弛度 ▪ 全补偿链形悬挂的安装曲线 ▪ 接触线受风偏移和跨距许可长度的计算 ▪ 链形悬挂接触线的受风偏移和跨距长度 ▪ 链形悬挂锚段长度的计算
2.1 自由悬挂导线的张力与弛度计算
等高悬挂的弛度计算 不等高悬挂的弛度和张力计算 悬挂线索实际长度的计算
1. 半补偿链形悬挂锚段长度的计算 Nhomakorabea锚段：将接触网分成若干一定长度且相互独立的分段。 划分锚段的目的：加补偿器；缩小机械事故范围；使吊弦的 偏移不致超过许可值以及改善接触线的受力情况等。 划分锚段的依据：在气象条件发生变化时，使接触线内所产 生的张力增量不超过规定值。
1. 半补偿链形悬挂锚段长度的计算
2.不等高悬挂的弛度和张力的计算
斜弛度 重要结论：一个不 等高悬挂的弛度可 转换为等高悬挂进 行计算。
2.不等高悬挂的弛度和张力的计算
不等高悬挂的张力
2.不等高悬挂的弛度和张力的计算
上拔力计算图
3.悬挂线索实际长度的计算
悬挂线索长度微分段
3.悬挂线索实际长度的计算
2.2 简单悬挂的状态方程
风偏移值的当量理论计算法
国外风偏移值的计算方法
1.风偏移值的平均值计算法
2.风偏移值的当量理论计算
2.风偏移值的当量理论计算
2.风偏移值的当量理论计算
3.国外风偏移值的计算方法
1）俄罗斯的计算方法； 2）德国的计算方法； 3）日本的计算方法。
2.7 链形悬挂锚段长度的计算
半补偿链形悬挂锚段长度的计算 全补偿链形悬挂锚段长度的计算 隧道内锚段长度的计算
曲线区段
2.简单接触悬挂的受风偏移和最大跨距
接触网风偏计算
接触网风偏移值计算接触网支柱结构设计风荷载取值1.接触网风偏设计风速小于30 m/s时，接触网风偏设计风速作为接触网支柱标准容量设计风速;当接触网风偏设计风速大于30 m/s时，以30 m/s作为接触网支柱标准容量设计风速。
2.路基地段接触网结构设计风速，按l0 m高度的风压高度系数考虑风速;高度小于等于30 m的桥梁，按照30 m高度的风压高度系数考虑风速;高度大于30 m的桥梁，建议采用其他悬挂安装方式，以提高悬挂的可靠性及稳定性。
3.接触网支柱标准容量按接触网风偏设计风速计算，同时应考虑列车气动力影响，初步选择支柱截面尺寸，再采用结构设计风速校核支柱的强度，并以此最终确定支柱截面尺寸。
4.接触网支柱基础、基础螺栓按照结构设计风速进行设计。
目前所设计的国内高速铁路，如:郑西、武广、京津城际等均未设置挡风墙，海南东环线也未设置挡风墙。
因此可以认为30 m/s就是列车运行的最大限制风速，超过该风速，列车停运。
接触网支柱标准容量风速设计1.当接触网风偏设计风速小于30 m/s时，接触网风偏设计风速作为接触网支柱标准容量设计风速;2.当接触网风偏设计风速大于30m/s时，以30 m/s作为接触网支柱标准容量设计风速。
接触线最大偏移值的公式为：式中——————接触线和承力索单位长度的风负载（KN/m）；——————接触线和承力索的张力（KN/m）。
曲线区段接触线拉出值的选择在直线区段受电弓中心与线路中心重和，接触线之字值沿线路中心对称，其标准为±300mm。
提速后为200～250mm之间；拉出值350～450mm之间。
在曲线区段，拉出值和曲线半径大小有关。
接触线拉出值是接触网自身结构参数，其取值直接影响弓网运行安全。
在运营中发现曲线区段拉出值超标严重，这是因为在设置拉出值时，未考虑受电弓中心线在气象条件、线路参数、机车及受电弓型号和参数、运营方式、运行速度等多种因素影响下的动态变化。
基于此种情况，有必要对运行速度、线路参数及施工误差等几个主要影响因素进行分析，找到曲线区段受电弓中心在动态下的侧偏规律，合理设置拉出值，提高施工质量，确保机车良好受流。
接触网常用参数标准及测量计算
接触网常用参数标准及测量计算一、拉出值（跨中偏移值）1、技术标准160km/h及以下区段：标准值：直线区段200－300mm；曲线区段根据曲线半径不同在0－350mm之间选用。
安全值：之字值≤400mm；拉出值≤450mm。
限界值：之字值450mm；拉出值450mm。
160km/h以上区段：标准值：设计值。
安全值：设计值±30mm。
限界值：同安全值。
2、测量方法利用DJJ多功能激光接触网检测仪进行拉出值测量：受电弓滑板平面与两钢轨平面平行，检测仪与两钢轨平面平行，测量时无需考虑外轨超高，直接校准定位点在检测仪上的投影位置，此位置与检测仪中心点的距离就是拉出值。
二、导线高度1、技术标准标准值：区段的设计采用值。
安全值：标准值±100mm。
限界值：小于6500mm；任何情况下不低于该区段允许的最低值。
当隧道间距不大于1000m时，隧道内、外的接触线可取同一高度。
2、测量方法利用DJJ多功能激光接触网检测仪进行导高测量：将测量仪置于两钢轨之上与两轨面平行，利用测量仪上的观察窗校准定位点位置，测出定位点至两轨面的垂直距离即为导高。
三、导线坡度及坡变率1、技术标准标准值： 120km/h及以下区段≤3‰；120-160km/h区段≤2‰；200km/h区段≤2‰，坡度变化率不大于1‰；200-250km/h区段≤1‰，坡度变化率不大于1‰。
安全值：120km/h及以下区段≤5‰；120-160km/h区段≤4‰。
其他同标准值。
限界值：120km/h及以下区段≤8‰；120-200km/h区段≤5‰；200km/h及以上区段同安全值。
160km/h及以上区段，定位点两侧第一根吊弦处接触线高度应相等，相对该定位点的接触线高度允许误差±10mm，但不得出现V字型。
2、测量与计算方法定位点A与定位点B之间的坡度测量：1、测出A点的导高h a；2、测出B点的导高h b；3、测出或计算出A、B之间的距离H；4、计算出A、B两点之间的导线坡度P ab＝（h b －h a）/H×1000‰；5、将P ab记入定位点B的导线坡度P b，即P ab＝P b。
高速铁路接触网技术培训接触网的工程计算
Eye clamp for
wind stay 防风拉线固定环
Rectangular light
weight steady arm 矩形管轻形定位器
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Wind stay 定位器防风拉线
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To the midpoint
1 Round圆形 Ø 3 mm) 2 Washer垫圈
2 Double tube holder 双套管连接器
3 Messenger wire support clamp 承力索支撑线夹
4 Tube cap Ø 70 管帽
5 Cantilever Support Tube (Z-Tube) Ø42/ Ø 55腕臂支撑
6
X-Tube
斜腕臂
cantilever
距相邻线路中心的水平距离
上 底 座 对 低 上底座中心垂直于低轨面的垂直距离
轨面高度
下 底 座 对 低 上底座中心垂直于低轨面的垂直距离
轨面高度
跨距
同一组悬挂在相邻两定位点之间的距离
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五跨绝缘锚段关节布置图
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参数名称
设计参数 含义
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M
ß
G定位器
L
限位范围
T之
Gd+ G定位线夹
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定位器的允许抬升
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b——无限位抬升量 u——最大运营抬升量 s——受电弓摆动量
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正常运行条件及最大抬升 b 〉2.0 * u b 〉1.5 * u 带抬升限位功能
第4讲 接触网设计及机械计算基础
接触网设计概述
接触线无弛度时的温度
接触线无弛度时的温度低于平均温度，其目的 是减少接触线的负弛度。
简单链形悬挂：
弹性链形悬挂：
乌局供电班接触网技术讲座
SWJTUDONG
2006.6
4.1
接触网设计概述
吊弦及定位器处于正常位时的温度
该温度取全年保持时间最长的温度，设计时取最 高温度和最低温度的平均值。
安装曲线是指导接触网施工和调整维修的主要技术文件之一。
乌局供电班接触网技术讲座
SWJTUDONG
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4.3
等高悬挂和不等高悬挂的弛度张力计算
2 弛度与张力计算的数学模型
（1）假设条件： （a）、线索两端固定、只受重力作用； （b）、线索十分柔软、无刚度； （c）、线索直径与其长度相比，可忽略不计； （d）、线索自重沿跨距均匀分布。
计算跨距，支柱容量、导线张力
最大附加负载、起始条件、支柱容量、 导线张力、绝缘问题 安装曲线 锚段长度、最短吊弦长度 用以确定防雷措施
乌局供电班接触网技术讲座
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4.1
（2）线路资料
接触网设计概述
区间线路平面图、纵断面图； 车站平面图（含地下设施）； 标准横断面图、平剖面缩图； 正线轨道类型、轨道标准高度、线路超高及道床厚度； 复线区段线距表、既有线（单线）拨距表； 沿线电缆、管道埋设位置；
SWJTUDONG
2006.6
4.3
等高悬挂和不等高悬挂的弛度张力计算
（4）等高悬挂线索的张力变化
乌局供电班接触网技术讲座
SWJTUDONG
2006.6
4.3
等高悬挂和不等高悬挂的弛度张力计算
【最新精选】接触网常用计算公式
附件一、接触网常用计算公式：1.平均温度t p和链形悬挂无弛度温度t o的计算t max+t min①t p=2t max+t min②t o弹= －52t max+t min③t o简= －102式中t p—平均温度℃（即吊弦、定位处于无偏移状态的温度）；t o弹、t o简—分别表示弹性链形悬挂和简单链形悬挂的无弛度温度℃；t max—设计最高温度℃；t min—设计最低温度℃；2.当量跨距计算公式n∑L I3LD= i=1n∑L I√i=1式中L D—锚段当量跨距（m）；n∑L I3=（L13+ L23+……+ L n3）—锚段中各跨距立方之和；i=1n∑L I=（L1+ L2+……+ L n）—锚段中各跨距之和；i=13.定位肩架高度B的计算公式B≈H+e+I（h/d+1/10）h/2式中B—肩架高度（mm）；H—定位点处接触线高度（mm）；e—支持器有效高度（mm）；I—定位器有效长度（包括绝缘子）（mm）；d—定位点处轨距（mm）；h—定位点外轨超高（mm）；4.接触线拉出值a地的计算公式Ha地=a－hd式中a地—拉出值标准时，导线垂直投影与线路中心线的距离（mm）。
a地为正时导线的垂直投影应在线路的超高侧，a地为负时导线的垂直投影应在线路的低轨侧。
H—定位点接触线的高度（mm）；a—导线设计拉出值（mm）；h—外轨超高（mm）；d—轨距（mm）；5.接触线定位拉出值变化量Δa max的计算公式Δa max=I z－√I2z－E2max式中Δa max—定位点拉出值的最大变化量（mm）；I z—定位装置（受温度影响）偏转的有效长度（mm）；E max—极限温度时定位器的最大偏移值（mm）；由上式可知E=0时Δa=06.定位器无偏移时拉出值a15的确定：（取平均温度t p=15℃）a15=a±1/2Δa max式中a—导线设计拉出值（mm）；Δa max—定位点拉出值的最大变化量（mm）；a15—定位器无偏移时（即平均温度时）的拉出值（mm）。
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X/[m] 1030
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X/[m]
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CURVE OF THE CONTACT FORCE
Pantograph No. 2
BOUNDARY_FREQUENCY = 20.000 Hz
180
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有/没有弹性吊索的接触力 (测量值)
80
-20
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与接触网相关的中国标准
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OCS 2012.10.08
设计方面
“关于印发《客运专线铁路牵引供电及电力供电系统集成若干问题 的指导意见》的通知”（铁集成[2010]258号）
“200～250km/h电气化铁路接触网装备暂行技术条件（OCS-2）”
“300～350km/h电气化铁路接触网装备暂行技术条件（OCS-3）”
n vl
l
v Cp
sin
n Cpt )
l
导线选型
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已知某线路设计列车最高运行速度Vmax=350km/h，经供电计算确 定的导线截面积为120mm2，试确定导线的型号。
（1）确定接触线的工作张力
Cp Cp
v max v max
0.2
V max 0.7C p
可维护性（maintainability）— 在规定的条件 下，使用规定的程序和资源进行维护时，对于给定使 用条件下的产品在规定的时间区间内，能完成指定的 实际维修工作的能力。（有些地方也称维修性）
安全性（safety）—免除不可接受的风险影响 的特性。
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可靠性的定义
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C p 525km / h
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Cp
3.6
Tj mj
Tj 23.01kN
考虑棘轮补偿装置的传动比为3：1，取Tj=24kN
导线选型
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已知某线路设计列车最高运行速度Vmax=350km/h，经供电计算确 定的导线截面积为120mm2，试确定导线的张力。
备注
8、悬挂高度和结构高度
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Hj = 5300mm Hjmin = 5150mm SH = 1.6m
接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
基础限界 动态包络线的车辆限界
电气绝缘距离 安装误差 接触线向下的运动 额外负载产生的弛度(冰等)
在线路坡度小于12‰ 情况下的腕臂运动
可靠性是指产品在规定的条件下和规 定的时间内完成指定功能的能力。
规定的条件是指环境条件、使用条件 和维修条件。
规定的时间是指规定了的任务时间。
规定的功能是指产品规定了的必须 具备的功能及其技术指标。
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接触网的设计目标 — RAMS
SWJTU
300km/h 50 55 60 65
350km/h 50 55 55 60
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接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
受电弓的工作范围
风偏下的接触线的位置
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定位点
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980
Xpa/[m] 1030
有/没有弹性吊索的接触力 (模拟)
接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
7、导线的截面选择及张力
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速度目标值 250km/h～300km/h
250km/h
线材及张力组合 JTM/JTMH-120(21kN)+CTMH-150(30kN) JTM/JTMH-120(20kN)+CTS-150(25kN) JTM/JTMH-120(20kN)+CTS-120(20kN)
绝缘距离
接触线残高
（2）动态相互作用
弓网接触力（或燃弧）、定位点抬升
（3）材料接口
接触线材料（铜或铜合金）
磨耗
滑板材料（金属、浸金属碳、碳）
P（age46 ）接触点集流量
接触点温度
与接触网相关的中国标准
设计方面
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《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005) 2005-04-25发布 《铁路枢纽电力牵引供电设计规范》(TB10076—2000) 2000-12-21发布 《铁路电力牵引供电隧道内接触网设计规范》(TB10075—2000) 2000-12-21 发布 《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》 2005-04-25发布 《新建时速200～250km客运专线铁路设计暂行规定》 《京沪高速铁路设计暂行规定》（上、下） 2004-12-30发布 《高速铁路设计暂行规定规范（试行）》（TB10621-2009）2009-12-01发布 《Pag轨e 7 道交通 受流系统 受电弓与接触网相互作用准则》 (TB/T 3271-2011)
安全性(Safety)
能满足列车设备、接触网设备及人身安全。
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接触网的设计目标 — RAMS
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可用性(Availability)
1、接触网系统设计寿命应不小于30年，接触导线寿命应根据磨耗确定， 或不少于200万弓架次。
： 2、动态接触力标准
速度(km/h)
（2）确定接触线的最小拉断力
Tw TB min 0.65 Ktemp K wear K load K eff K clamp K jiont（EN50119） K TB min K wear / Tw （TB 10621-2009）
若取Ktemp =1.0、Kwear =0.8、Kload =0.95、Keff =1.00、Kclamp =1.0、Kjoint=1.00
的弹性不均匀度250km/h～300km/h不宜大于40％，350km/h不宜
大于25％。？
l
x y
F v
EN50119 5.2.1.1 如果一 列车有多架受电弓，那么每架 受电弓的受流情况都应进行评 估。
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y( x, t )
2Fl
2
(C
2 p
v2 )
n1
1 n2
sin
n
l
x
(sin
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9、锚段长度和跨距布置
正线区段接触网锚段长度不宜大于2×700m。隧道内不应大于 2×700m。
跨距宜经系统仿真评估后确定，一般可按下表选用。
设计速度 简单链型悬挂 标准跨距（m）
最大跨距（m） 弹性链型悬挂 标准跨距（m）
最大跨距（m）
250km/h 50 55 60 65
施工（测量、预配、安装、调整）
弓网系统
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弓网关系
受电弓设计 接触网设计 接触网施工
接触网运营维护 接触网零部件生产厂家
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弓网关系技术范畴
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横向参数 接触线相对弓头中心的偏移
（1）几何特性
垂向参数
接触线高度与坡度
受电弓数量和间距 多弓与中性区长度
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已知某线路设计列车最高运行速度Vmax=350km/h，经供电计算确 定的导线截面积为120mm2，试确定导线的张力。
（2）确定承力索的工作张力
确定承力索的工作张力 为使放大系数γ≤2.0，承力索的张力应限制在一 定的范围内。如选用CTMH120型接触线，Tj=27kN，多普勒系数α=0.211， 反射系数r=γа≤2.0×0.238=0.476，即
“关于客运专线铁路客运服务及四电集成施工图审核有关事宜的通知” （工管审[2010]301号）
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RAMS术语
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可用性（availability）— 在要求的外部 资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规 定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的 能力。
平均接触力 （N）
最大接触力 （N）
最小接触力 （N）
250 ≤130 ≤250
0
300 ≤150 ≤250
0
350 ≤180 ≤350
0
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接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
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平均接触力的速度目标曲线（EN50367）
接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
9、锚段长度和跨距布置
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受电弓的弓头轮廓
接触网的设计目标 — RAMS
可用性(Availability)
9、锚段长度和跨距布置
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受电弓的动态包络线
研究弓网关系的最终目的：实现良好的受流质量。
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弓网系统组成
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OCS 2012.1的弓网系统
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弓网关系 技术规范 几何特征 动态性能 材料组合