高速铁路接触网悬挂形式及其主要技术参数(详细)

第二节高速铁路接触网

一、接触悬挂形式及其主要技术参数

自1964年日本开通世界上第一条高速铁路至今,世界发达国家已经致力于高速电气化铁路的 研究和发展.经过30多年的 运行、实验,使高速电气化铁路的 车速不断提高,运营速度 由220 千米／h 提高到270 千米／h,正向300 千米／h 进.法国是目前轮轨系列车时速的 世界记录保持者,它于 2007年 4月4日进行的 实验运行速度 达到574．8 千米／h,在激烈竞争的 市场经济条件下,各种交通工具之间为争夺市场运输份额,不断开发和引进高新技术,而提高铁路车速将给铁路参与市场竞争带来机遇.

接触网结构在机车高速运行情况下,发生了 许多重大 变化,需要进行一系列的 改革,采取什么样的 悬挂类型来适应高速铁路,一直是各发达国家研究的 课题.根据国外高速电气化铁路运行经验,高速滑行的 受电弓,其抬升力在空气动力和自身惯性作用下,以列车速度 平方的 比例大 幅度 增加,因而使接触线产生较大 的 抬升量,当驶过等距支柱甚至在跨距中的 等距吊弦时,会周期性激发接触线振动,它会使接触线弯曲应力增加,容易引发疲劳断线事故,同时这种振动可沿导线以一定速度 传播,在遇到吊弦线夹和悬挂点时,会将波反射放大 引起导线振荡,这是引起受电弓离线的 主要原因,离线产生的 电弧会烧伤接触线使磨耗增加,即电磨耗.当导线弯曲刚度 小 而张力大 时,其波动速度 可由下式求出： ρT

C =

式中 T ——接触线张力(N);

ρ——线密度 .

为了 减少导线抬升量,可提高其张力,减少接触网弹性不均匀性,同时也提高了 接触线波动传播速度 ,不引起导线共振使受电弓取流状态更好.

接触悬挂形式是指接触网的 基本结构形式,它反映了 接触网的 空间结构和几何尺寸.不同的 悬挂形式,在工程造价、受流性能、安全性能上均有差别,另外,对接触网的 设计、施工和运营维护也有不同的 要求.

对高速接触网悬挂形式的 要求是：受流性能满足高速铁路的 运营要求、安全可靠、结构简单、维修方便、工程造价低.

世界上发展高速铁路的 主要国家如：日本、德国、法国的 高速接触网悬挂形式是在不断改进中发展起来的 ,主要有三种悬挂形式：简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂.各国对这三种悬挂形式有不同的 认识和侧重,根据各自的 国情发展自己的 悬挂形式.日本的 高速线路如：东海道新干线、山阳新干线、东北新于线、上越新干线均采用复链形悬挂,近几年来,日本高速铁路又采用了 简单链形悬挂;法国的 巴黎一里昂的 东南线采用弹性链形悬挂,巴黎一勒芒／图尔的 大 西洋线采用接触导线带预留弛度 的 简单链形悬挂;德国在行车速度 低于160千米／h 的 线路采用简单链形悬挂,在160千米／h 及以上的 线路采用弹性链形悬挂.下面分别介绍简单链形悬挂、弹性链形悬挂和复链形悬挂三种形式的 结构和技术性能.

1、简单链形悬挂

以法国为代表的 高速铁路采用此种类型,在 1990年开通的 速度 为300 千米／h 的 大 西洋新干线上采用,而且认为该悬挂类型完全可以满足 330—350 千米／h,简单链形悬挂维修简单造价低,有多年成熟的 运行经验.

结构形式如图2-1所示.

图2-1 带预留驰度的简单链形悬挂

性能特点：结构简单、安全可靠、安装调整维修方便,适应于高速受流.

定位点处弹性小,跨中弹性大,造成受电弓在跨中抬升量大,跨中采用预留弛度,受电弓在跨中的抬升量可降低;定位点处易形成相对硬点,磨耗大.如果选择结构形式合理、性能优良的定位器,则可消除这方面的不足.

2、弹性链形悬挂

德国开发的高速接触网普遍采用,并作为德国联邦铁路标准,其主要出发点是降低接触网弹性不均匀度 ,在80年代末修建的曼海姆到斯图加特高速铁路(250 千米／h)上采用,并计划在柏林至汉诺威、法兰克福至科隆间(300～400 千米／h)仍采用.弹性链形悬挂比简单链形悬挂弹性好,但造价较高.弹性链形悬挂的结构形式图如图2-2所示.

在结构上,相对于简单链形悬挂在定位点处装设弹性吊索,主要有两种形式：“π”形和“Y”

形.弹性吊索的材质一般与承力索相同,其线胀系数与承力索相匹配.

性能特点：结构比较简单,改善了定位点处的弹性,使得定位点处的弹性与跨中的弹性趋于一致,

图2-2 弹性链形悬挂

整个接触网的弹性均匀,受流性能好.其缺点是弹性吊索调整维修比较复杂,定位点处导线抬升量大,对定位器的安装坡度要求也较严格.

3、复链形悬挂

在 1964年 10月建成的日本东海道新干线上采用,时速为210 千米／h,它是用带弹簧的吊弦合成复链形悬挂.日本研究部门认为它适用于多弓受流情况,在今后300 千米／h高速线路上仍采用.复链形悬挂运行性能好,但造价高、设计复杂,施工和维修难度大 ,复链形悬挂结构形式如图2-3所示.

图2-3 复链形悬挂

在结构上,承力索和接触导线之间加了一根辅助承力索.

性能特点：接触网的张力大,弹性均匀,安装调整复杂、抗风能力强.

表2-2-1 三种悬挂类型的定性比较

我国高速铁路尚在试运行阶段,已提速的几条干线仍采用原来的接触悬挂类型,目前正在建设的广深高速铁路,采用全补偿简单链形悬挂,根据国外经验和我国铁路路轨现状,通过科技人员论证,普遍认为采用全补偿简单链形悬挂较为合适,特别是在车速不高的情况下,有利于投资少见效快,完全能够适应200 ㎞／h车速的要求.

二、高速接触网的主要技术参数

1．导线高度：指接触导线距钢轨面的高度.它的确定受多方面的因素制约,如：车辆限界、绝缘距离、车辆和线路振动、施工误差等.一般地,高速铁路接触导线的高度比常规电气化铁路的接触导线低,这主要因为：

①高速铁路一般无超级超限列车通过,车辆限界为4 800nl米;

②为了减少列车空气阻力及空气动态力对受电弓的影响,受电弓的底座沉于机车车顶顶面,受电弓的工作高度较小.所以,高速铁路接触导线的高度一般在5 300米米左右.

2．结构高度：指定位点处承力索距接触导线的距离.它由所确定的最短吊弦长度决定的,吊弦长时,当承力索和导线材质不同时,因温度变化引起的吊弦斜度小,使锚段内的张力差小,有利于改善弓网受流特性;长吊弦的另一个优点是高速行车引起的导线振动时,吊弦弯度小,可以减少疲劳,延长使用寿命.表2-2-2为三种高速悬挂的结构高度.

表2-2-2 三种高速接触网悬挂的结构高度

法国TGV-A 德国Re330 日本HC 结构高度 1.4米 1.8米 1.5米