（交通信息工程及控制专业论文）高速铁路接触网技术研究及应用.pdf

硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t e 1 e c t r i c 仃a c t i o ni sw i d e l yu s e di ns p e e d - r a i l w a y _ b y m i sm e a i l s ，e i e c 仃i c b o w g e t se n e r g y 丘o mc o n t a c tn e t w o r k a st h e m a i np a no fp o w e r - s u p p l y s y s t e m ，t h ep e r f o n 工1 a n c eo f c o n t a c tn e t w o r kd i r e c t l yd e t e m l i n e st l eq u a l i t yo f a b s o r p t i o nc u r r e n ta n df i n a l l y8 f r e c t s t h es p e e da n d s a f - e t yo f b u l l e t 仃a i n s p e e d r a i l w a yi sm et i d a ic u r r e n to fr a i l w a yd e v e l o p m e n ti nt h ew o r l d n ow a st h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt e c h n o l o g y k e e nc o m p e t i t i o no f t r a n s p o r t a t i o n a n dc o m m u n i c a t i o n ，s p e e d r a i l w a yi s d e v e l o p i l l gg r e a t l y i n m a n y c o u n t r i e sf o ri t sp e c u l i a rm e r i t s t h es t u d ya n db u i l d i n go fs p e e d r a i l w a y i sl a t e r i no u r c o n t r y g u a l l g z l l o u s h e n z h e nl i n ew h i c hw a sb u i l tw i m 2 2 0 k n 讹t e s ts p e e di nj u l y ， 1 9 9 8h a s 铲e a tg 印c o m p a r e dw i t l ld e v e l o p e dc o n t r i e s w h e r e f o r e ，h o wt o s t u d yf o r e i g nc o n 订i e s a d v a l l c et e c h n o l o g ya n dr e s e a r c ht h es p e e d r a i l w a y c o n t a c tn e t w o r ka r es i g n i f i c a n te x c e p t i o n a l l yt of i l lt 1 en e e do fo u rc o n 廿ya n d a d a _ p tt ot h ec o m p e t i t i o no fs p e e d r a i l w a yi nm e 如r 亡u r e a st os p e e d - r a i l w a yc o m a c tn e 俩o r k ，廿l ep a p e rs y n t h e s i z e sa 1 1 dc o m p a r e s v a r i o u sm o d e si nd i 妇瓷r e n td e v e l o d e dc o u n 仃i e s w i t l lr e f b r e n c et oa d v a n c e d t e c l l n o l o g y 疳o mh o m et oa b r o a d ， a sw e l la sc o m b i n e d w i 也p r a c t i c a l e 坤e r i e n c eg o t t e n f r o mc i v i l c o n s 廿u c t i o n ，t h ep 印e rr e s e a r c h e si m oi t o n t e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o n a c c o r d i n gt o t h es t a t i ca i l d d y n a m i ce v a l u a t i o ns 胁出【r d ，t h ep a p e r r e s e a r c h e si nv i r n l eo fs i m u l a t i o ns e v e r a lf a c t o r sm a t 蚶b c t 也eq u a l i t yo f a b s o r p t i o nc u r r e m ，如r t h e m o r e ，a p p r o p r i a t em e a s u r e s a r eb r o u g h tf o r w a r dt o i n 巾r o v e 也eq u a l i t ) ，t h ep a p e rb a s e so nt h es i t l l a t i o n o fo u rc o u n 缸mu s e s d i 丘b r e n tt e c h n o l o g ya 1 1 de x p e r i e n c ef o rr e f e r e n c ea n dc o m b i n e st h er e s u l to f c o m p u t e rs i m u l a t i o n m u sb r i n g sam o d eo fs p e e d - r a 订w a yc o n t a c tn e 似r o r k t h a tf i t si nw i t l lo u rc o u n n yt oi i n p r o v eo wc o n s 饥1 c t i o n ，m ep 印e rs t u d i e s m a i n l y 矗o mc o n s t m c t i n gf a c i l i 坝c o n s t r u c t i n go r g a n i z a t i o na n dc o n s 觚c t i n g t e c h n o l o g y f i n a l l y ，t 、v of i n i s h e da i l d 删m i n gl i n e s ，g u a n g 出o u - s h e n 出e n a n d q i l l l l u a n 酣a o s h e n y a n g ，a r ep m v i d e d a s s a m p l e s t oi 1 1 u s t r a t ec u r r e n t a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho nt e c h n o l o g yo fs p e e d - r a i l w a yc o n t a c tn e t w o r km o u r c o u n t 够 t h e p 印e rp r o v i d e su s e 血lr e f 宅r e n c ef o rc o n s t m c t i r 堰c i v i ls p e e dr a i l w a y c o n t a c tn e t w o r ki n h i g ho r i e n t a t i o n ，g o o ds t a r t ，h i g h s t a n d a r da n d g r e a t e f f i c i e n c y k e yw o r d s ： s p e e d r a i l w a yc o n t a c tn e t w o r k ，h a n g i n gs t y l e ，t h eq u a l i t y o f a b s o r p t i o nc u 玎e n t ，s i m u l a t i o n i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者躲创隰丝谴月鲨日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名导师：塑年羔月l 日 硕士学位论文 前言 第一章前言 1 1 选题背景 1 9 6 4 年1 0 月，日本开通了世界上第一条高速铁路东京至大阪的东海道新干 线，全长5 1 5 4 公里，采用复链型悬挂方式和一拖一动的电力牵引方式，以2 2 0 2 4 0 k h 的运营速度令世人瞩目，由此拉开了世界高速铁路建设的序幕。 在当今世界，对高速的界定有以下几种标准： 1 9 7 0 年日本政府第7 l 号法令中定义：列车在主要区间能以2 0 0 k m h 以上运行的 干线铁路。 1 9 8 5 年欧洲委员会将高速铁路的最高速度规定为：客运专线3 0 0 k m h 及以上， 客货混运线2 5 0 k m h 及以上。 u i c 提出的高速铁路的定义是最高速度至少应达到2 5 0 k m h 的专线，或最高速度 达到2 0 0 k m h 的既有线。 高速铁路具有高效和舒适的特点，因而受到世界各国的青睐。目前，已经建成和 正准备修建的国家和地区达二十多个，高速铁路已成为国家社会经济发展水平和铁路 现代化的主要标志之一。日本、德国和法国的高速铁路技术处于国际领先水平。其中， 法国的试验运行速度最高达5 1 5 3 k m h ，是目前世界上轮轨速度最高纪录的保持者。 我国的高速铁路起步较晚。1 9 9 8 年7 月，试验时速达2 2 0 k m 的广州深圳线( 广 深线) 竣工，它是我国第一条自行设计、施工和管理的准高速双线电气化铁路，经过 试验和运营，各项指标均达到了设计标准；2 0 0 2 年1 2 月1 5 日，试验最高时速达3 2 1 ，8 k m 的秦沈客运专线的竣工，为正在准备修建的运行时速达3 0 0 k m 以上的京沪高速铁路打 下了良好的基础。 高速铁路技术是涉及多学科、多专业的综合性先进技术，集中反映了新型牵引动 力、高性能轻型车辆、高速线路结构、高速度高密度列车运行控制、高速度旅客运输 组织等方面的技术进步。现代高速铁路绝大多数都采用电力牵引方式，作为牵引供电 系统的主体接触网，其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量，最终影响 列车的运行速度与安全。为了满足我国高速铁路建设的迫切需要，适应未来高速铁路 建设市场的激烈竞争，必须对高速铁路接触网技术及其应用展开研究。 1 2 高速铁路接触网技术研究及应用现状 日本、德国和法国是高速铁路最具代表性的国家，其接触网系统各有不同的结构 和特点。 日本自1 9 6 4 年开通第一条高速电气化铁路至今，经过近4 0 年的运营和试验研究， 其高速铁路接触网悬挂类型由复链型悬挂逐步向简单链型悬挂过渡，接触线张力由 硕士学位论文 前言 第一章前言 1 1 选题背景 1 9 6 4 年1 0 月，日本开通了世界上第一条高速铁路东京至大阪的东海道新干 线，全长5 1 5 4 公里，采用复链型悬挂方式和一拖一动的电力牵引方式，以2 2 0 2 4 0 k h 的运营速度令世人瞩目，由此拉开了世界高速铁路建设的序幕。 在当今世界，对高速的界定有以下几种标准： 1 9 7 0 年日本政府第7 l 号法令中定义：列车在主要区间能以2 0 0 k m h 以上运行的 干线铁路。 1 9 8 5 年欧洲委员会将高速铁路的最高速度规定为：客运专线3 0 0 k m h 及以上， 客货混运线2 5 0 k m h 及以上。 u i c 提出的高速铁路的定义是最高速度至少应达到2 5 0 k m h 的专线，或最高速度 达到2 0 0 k m h 的既有线。 高速铁路具有高效和舒适的特点，因而受到世界各国的青睐。目前，已经建成和 正准备修建的国家和地区达二十多个，高速铁路已成为国家社会经济发展水平和铁路 现代化的主要标志之一。日本、德国和法国的高速铁路技术处于国际领先水平。其中， 法国的试验运行速度最高达5 1 5 3 k m h ，是目前世界上轮轨速度最高纪录的保持者。 我国的高速铁路起步较晚。1 9 9 8 年7 月，试验时速达2 2 0 k m 的广州深圳线( 广 深线) 竣工，它是我国第一条自行设计、施工和管理的准高速双线电气化铁路，经过 试验和运营，各项指标均达到了设计标准；2 0 0 2 年1 2 月1 5 日，试验最高时速达3 2 1 ，8 k m 的秦沈客运专线的竣工，为正在准备修建的运行时速达3 0 0 k m 以上的京沪高速铁路打 下了良好的基础。 高速铁路技术是涉及多学科、多专业的综合性先进技术，集中反映了新型牵引动 力、高性能轻型车辆、高速线路结构、高速度高密度列车运行控制、高速度旅客运输 组织等方面的技术进步。现代高速铁路绝大多数都采用电力牵引方式，作为牵引供电 系统的主体接触网，其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量，最终影响 列车的运行速度与安全。为了满足我国高速铁路建设的迫切需要，适应未来高速铁路 建设市场的激烈竞争，必须对高速铁路接触网技术及其应用展开研究。 1 2 高速铁路接触网技术研究及应用现状 日本、德国和法国是高速铁路最具代表性的国家，其接触网系统各有不同的结构 和特点。 日本自1 9 6 4 年开通第一条高速电气化铁路至今，经过近4 0 年的运营和试验研究， 其高速铁路接触网悬挂类型由复链型悬挂逐步向简单链型悬挂过渡，接触线张力由 硕士学位论文 前言 来研究各个因素对受流质量的影响。 第四章对我国高速铁路接触网的适用模式进行研究。 第五章从施工工具、施工组织和施工技术等三个方面，对高速铁路接触网施工 进行研究。 第六章通过广深线、秦沈线实例，阐明高速铁路接触网技术在我国的研究和应 用现状。 第七章总结论文，提出有待进一步研究的课题。 硕士学位论文 高速铁路接触网模式及比较 第二章高速铁路接触网模式及比较 2 1 引言 接触网是与高速电气化铁路运营最为直接相关的架空设备，其工作环境恶劣，沿 线架设且无备用，是整个牵引供电系统最为薄弱的环节。接触网性能的优劣直接决定 着电力机车受电弓的受流质量，最终影响列车的运行速度与安全。因此，接触网历来 被视为高速技术的主要难点。日本、德国和法国是高速铁路比较发达的国家。其技术 水平可以代表当今世界高速铁路的最高水平。因此，下面主要对这三个国家的高速铁 路接触网模式进行介绍和比较。 2 2 悬挂类型比较 高速铁路接触网悬挂类型是接触网设计施工的最基本参数m 。目前国外高速铁路 接触网大体有三种悬挂类型：以日本为代表的复链型悬挂；以德国为代表的弹性链型 悬挂；以法国为代表的简单链型悬挂。 22 ，1 日本的高速铁路接触网悬挂类型 日本于1 9 6 4 年开通的世界上第一条高速铁路东京至新大阪的东海道新干 线，采用的是复链型悬挂，如表2 一l 所示。 表2 一1 日本的高速铁路接触网悬挂类型 妻 或奄 量挂盘登圈示照重靠舟( k - )住 置 n ：s t l 8 h l2 5 柬北 x ：p r l 5 岫t 1 1 日 鸳臂 上越 t ：c r i r a _ p i rd 求 _ ：乳l b o _ ，6 复 棒 镊 iii i ii，i ilili t ：嚣b 1 7 0 一1 9e 越 地 盯，- 助蕾力、，撞- 蛾 v ：s t i e o _ ，2 4 5 i ：p h l 5 0 _ r 1 7 塔蕾 t ： s n - 1 1 7 0 1 1 9 、e ：s e o _ - ，2 5 x ：p h l 5 0 _ ，9e嚣茹品篓薯 t ：c s i l o 。_ 土1 06 、晕自 w ：p h l 5 嘶jt 06 譬 t ：鹤h o - ，1 9 6 量 l二型竺 九十年代以前，日本的高速铁路接触网都采用复链型悬挂。但是这种悬挂类型 次性投资太大，而且因为结构复杂、组成零部件太多，导致接触网运营的维修费用高 昂，发生事故时抢修难度大、运输中断时间长。再加上近年来日本的国民经济趋于衰 硕士学位论文 高速铁路接触网模式及比较 第二章高速铁路接触网模式及比较 2 1 引言 接触网是与高速电气化铁路运营最为直接相关的架空设备，其工作环境恶劣，沿 线架设且无备用，是整个牵引供电系统最为薄弱的环节。接触网性能的优劣直接决定 着电力机车受电弓的受流质量，最终影响列车的运行速度与安全。因此，接触网历来 被视为高速技术的主要难点。日本、德国和法国是高速铁路比较发达的国家。其技术 水平可以代表当今世界高速铁路的最高水平。因此，下面主要对这三个国家的高速铁 路接触网模式进行介绍和比较。 2 2 悬挂类型比较 高速铁路接触网悬挂类型是接触网设计施工的最基本参数m 。目前国外高速铁路 接触网大体有三种悬挂类型：以日本为代表的复链型悬挂；以德国为代表的弹性链型 悬挂；以法国为代表的简单链型悬挂。 22 ，1 日本的高速铁路接触网悬挂类型 日本于1 9 6 4 年开通的世界上第一条高速铁路东京至新大阪的东海道新干 线，采用的是复链型悬挂，如表2 一l 所示。 表2 一1 日本的高速铁路接触网悬挂类型 妻 或奄 量挂盘登圈示照重靠舟( k - )住 置 n ：s t l 8 h l2 5 柬北 x ：p r l 5 岫t 1 1 日 鸳臂 上越 t ：c r i r a _ p i rd 求 _ ：乳l b o _ ，6 复 棒 镊 iii i ii，i ilili t ：嚣b 1 7 0 一1 9e 越 地 盯，- 助蕾力、，撞- 蛾 v ：s t i e o _ ，2 4 5 i ：p h l 5 0 _ r 1 7 塔蕾 t ： s n - 1 1 7 0 1 1 9 、e ：s e o _ - ，2 5 x ：p h l 5 0 _ ，9e嚣茹品篓薯 t ：c s i l o 。_ 土1 06 、晕自 w ：p h l 5 嘶jt 06 譬 t ：鹤h o - ，1 9 6 量 l二型竺 九十年代以前，日本的高速铁路接触网都采用复链型悬挂。但是这种悬挂类型 次性投资太大，而且因为结构复杂、组成零部件太多，导致接触网运营的维修费用高 昂，发生事故时抢修难度大、运输中断时间长。再加上近年来日本的国民经济趋于衰 硕士学位论文 高速铁路接触网模式及比较 退，所以1 9 9 7 年兴建的北陆新干线采用了简单链型悬挂，简单链型悬挂由予结构简 单和易于维修保养，显示出较好的应用前景。 2 2 2 德国的高速铁路接触网悬挂类型 德国高速铁路接触网一奁采用弹性链型悬挂。在总结r e 7 5 、r e l o o 、r e l 6 0 三种 标准的基础上，形成了r e 2 0 0 、r e 2 5 0 和r e 3 3 0 标准系列，其示意图如图2 1 所示。 r e 表示为标准接触网，后边的数字为在该标准接触网形式下列车可运行的最大时 速，b z i i 表示青铜绞线。 b z l l b z 王l b z i i ( a ) r e 20 0 悬挂示意图 ( b ) r e 2 5 0 悬挂示意图 暑 o 五n ( c ) r e 3 3 0 悬挂示意图 图2 1 德国的高速铁路接魁网悬挂类型 弹性链型悬挂带有弹性吊索，而弹性吊索的设置需要相当精确的计算和一套严格 的施工程序，其调整工作非常麻烦，而且很难进行检测。再加上弹性吊索本身的长度 s 婪：堇 墨一 牲 硕士学位论文高速铁路接触网模式及比较 和张力是随着温度发生变化的，要想保证它在各种温度条件下不使附近的接触网变 形，是一件相当困难的事情。所以，德国专家现在也开始研究简单链型悬挂。 2 2 3 法国的高速铁路接触网悬挂类型 法国在八十年代建成的巴黎里昂东南新干线采用弹性链型悬挂，其示意图如 图2 2 ( a ) 所示。但是在正式运营的三个月内，发生了两次重大事故，造成导线拉 断、接触网损坏。 九十年代初，法国总结了东南新干线的经验教训，在大量的理论和试验研究的基 础上认为：弹性吊索对于时速超过2 5 0 k m 的高速来说意义不是很大，反而成为影响行 车安全的因素之一。因此，新建的巴黎勒芒大西洋新干线采用了简单链型悬挂，其 示意图如图2 2 ( b ) 所示。 ! 磐1 承力索b z i l 6 5 舢2y 型承力索b z i i 2 5 咖4 跨中弹性：0 7 姗n ，波动传播速度：41 1 k m h ( a ) 巴黎一里昂高速铁路接触网悬挂示意图 弋 il llll、r - - 接触线 一 ： 预留驰受6 5 m r i l5 0 跨中弹性：o 5 n l m n ，波传播速度：4 4 0 k 1 h ( b ) 巴黎勒芒高速铁路接触网悬挂示意图 图2 2 法国的高速铁路接触网悬挂类型 6 硕士学位论文 高速铁路接触阿模式及比较 2 2 4 三种悬挂类型的综合比较 从表2 一l 可以看出，复链型悬挂、弹性链型悬挂和简单链型悬挂均能满足高速 运营的要求。从受流质量来看，复链型悬挂最好，弹性链型悬挂次之，简单链型悬挂 稍差。 裹2 2 不同悬挂类型的性能比较 特性复链型悬挂弹性链型悬挂简单链型悬挂 受流性好好稍差 维修性 差较差好 经济性差较好好 故障率少较多较少 寿命长长长 简单链型悬挂弓网之间的动态接触力分散性较大，弹性不均匀度较大，容易造成 硬点。受电弓通过该点时，会产生较大的火花，使导线腐蚀和磨耗加剧，缩短使用寿 命。但是，如果适当加大简单链型悬挂接触线的张力，并对接触导线预留适当的驰度， 则可以在一定程度上降低接触网弹性不均匀度，从而使受电弓运行轨迹趋于平稳，改 善受流质量。 由于简单链型悬挂具有结构简单、施工方便、工程造价低、运行维修费用少等优 点，因此日益被世界各国所认可，成为高速铁路接触网首选的悬挂类型。 2 3 接触线材比较 铁路要实现高速运营，要求接触线材必须具有较大的波动传播速度。国外在铁路 高速化过程中，先后研制出了铜合金、铜覆钢与铝覆钢接触线”3 。各种接触线材的技 术参数如表2 3 所示。 表2 3 日、德、法高速铁路接触网线材的技术参数 里家 日本德嗣法国 参数 莲仃运度( k h )2 4 0 3 0 02 0 02 5 03 3 02 7 03 0 0 接触线类型c u l 7 0c s l l 0r i l 0 0r i s l 2 0r i m l 2 0c d c u l 2 0c u l 5 0 接触线密度( k g m ) 1 5 10 9 4 2o 9 1 8l t0 71 0 71 0 71 3 3 接触线张力( k n )1 471 9 ，61 01 52 71 42 0 波动传播速度( k m h )3 5 55 1 93 8 24 2 65 7 24 1 24 4 l 口值o 6 80 5 805 20 5 90 5 8o 6 60 6 8 日本复链型悬挂区段采用的是纯铜c u l 7 0 或锡铜合金s n c u l 7 0 接触线，在简单链 悬挂区段采用的是铜覆钢c s l l o 接触线；德国r e 2 0 0 采用纯铜接触线r i l 0 0 ，r e 2 5 0 采用银铜合金接触线r i s l 2 0 ，r e 3 3 0 则采用镁铜合金接触线r i m l 2 0 ；法国一般采用 硕士学位论文 高速铁路接触阿模式及比较 2 2 4 三种悬挂类型的综合比较 从表2 一l 可以看出，复链型悬挂、弹性链型悬挂和简单链型悬挂均能满足高速 运营的要求。从受流质量来看，复链型悬挂最好，弹性链型悬挂次之，简单链型悬挂 稍差。 裹2 2 不同悬挂类型的性能比较 特性复链型悬挂弹性链型悬挂简单链型悬挂 受流性好好稍差 维修性 差较差好 经济性差较好好 故障率少较多较少 寿命长长长 简单链型悬挂弓网之间的动态接触力分散性较大，弹性不均匀度较大，容易造成 硬点。受电弓通过该点时，会产生较大的火花，使导线腐蚀和磨耗加剧，缩短使用寿 命。但是，如果适当加大简单链型悬挂接触线的张力，并对接触导线预留适当的驰度， 则可以在一定程度上降低接触网弹性不均匀度，从而使受电弓运行轨迹趋于平稳，改 善受流质量。 由于简单链型悬挂具有结构简单、施工方便、工程造价低、运行维修费用少等优 点，因此日益被世界各国所认可，成为高速铁路接触网首选的悬挂类型。 2 3 接触线材比较 铁路要实现高速运营，要求接触线材必须具有较大的波动传播速度。国外在铁路 高速化过程中，先后研制出了铜合金、铜覆钢与铝覆钢接触线”3 。各种接触线材的技 术参数如表2 3 所示。 表2 3 日、德、法高速铁路接触网线材的技术参数 里家 日本德嗣法国 参数 莲仃运度( k h )2 4 0 3 0 02 0 02 5 03 3 02 7 03 0 0 接触线类型c u l 7 0c s l l 0r i l 0 0r i s l 2 0r i m l 2 0c d c u l 2 0c u l 5 0 接触线密度( k g m ) 1 5 10 9 4 2o 9 1 8l t0 71 0 71 0 71 3 3 接触线张力( k n )1 471 9 ，61 01 52 71 42 0 波动传播速度( k m h )3 5 55 1 93 8 24 2 65 7 24 1 24 4 l 口值o 6 80 5 805 20 5 90 5 8o 6 60 6 8 日本复链型悬挂区段采用的是纯铜c u l 7 0 或锡铜合金s n c u l 7 0 接触线，在简单链 悬挂区段采用的是铜覆钢c s l l o 接触线；德国r e 2 0 0 采用纯铜接触线r i l 0 0 ，r e 2 5 0 采用银铜合金接触线r i s l 2 0 ，r e 3 3 0 则采用镁铜合金接触线r i m l 2 0 ；法国一般采用 硕士学位论文 高速铁路接触网模式及比较 “预磨耗”型的扁铜接触线c u l 5 0 或镉铜接触线c d c u l 2 0 。 2 4 支持装置比较 日本大部分采用圆形混凝土支柱，而镀锌钢柱主要用在桥上和较大的横梁上，支 柱基础一般采用杯形基础类型。站台横跨结构形式一般采用硬横跨结构。腕臂为钢制 管材，采用单独的绝缘旋转腕臂形式。 德国大部分采用横腹杆钢支柱或混凝土圆支柱，支柱基础一般采用机械钻孔、混 凝土现浇或钢管桩基础类型。站台横跨结构形式以软横跨结构为主。腕臂为高强度铝 合金材料，采用刚性平腕臂形式。 法国大部分采用镀锌工字钢( h 型) 或槽钢支柱，支柱基础一般采用机械钻孔、 混凝土现浇基础类型。站台横跨结构形式以硬横跨结构为主。腕臂为高强度铝合金材 料，采用绝缘旋转腕臂形式。 2 5 线岔类型比较 线岔位于道岔的上空、是两支接触悬挂相交点的一种转换设备，其主要作用是保 证受电弓能从一支悬挂顺利过渡到另一支悬挂。 日本前期采用交叉线岔，后改为无交叉线岔。德国采用交叉线岔，通过精确调整 导线高度和走向，可以使线岔处与其他处的接触力基本一致，从而保持均匀的弹性。 法国采用带有“辅助悬挂”的三组悬挂系统，枫车无论从正线到渡线，还是从渡线到 正线，都是通过辅助悬挂过渡。三组悬挂形式使线岔处的接触网弹性增加，机车能平 稳良好地受流，但是安装调整比较麻烦。 2 6 电分相装置b 匕较 由于供电臂供电半径的限制，相邻变电所间的接触网不可避免地由不同相的电压 供电，故需要设置电分相装置。对于高速电气化铁路来说，高速铁路接触网电分相装 置是保证行车安全可靠的一个关键因素。目前，世界各国都根据自己的实际情况，采 用了相应的分相装置。 日本的高速铁路接触网电分相装置采用地面开关站自动切换过分相方式。其优点 是机车不用进行电分相操作，停电时间短，冲击和失速小，而且可以多弓运行。但是 这种方式的地面开关设备复杂，造价昂贵，切换过程容易引起真空开关过电压重燃， 导致换相失败而发生异相短路。 法国的高速铁路接触网电分相装置采用车上自动切换过分相方式。这种方式充分 利用a t c 轨道信号回路及机车断路器，不必额外增加其他设备，对高速铁路接触网无 特殊要求。其缺点是若机车停在无电区，则需要短时给无电区供电，机车才能驶出。 德国因采用单相供电，每个供电臂都是同相电源，所以没有过分相问题。 硕士学位论文 高速铁路接触网模式及比较 “预磨耗”型的扁铜接触线c u l 5 0 或镉铜接触线c d c u l 2 0 。 2 4 支持装置比较 日本大部分采用圆形混凝土支柱，而镀锌钢柱主要用在桥上和较大的横梁上，支 柱基础一般采用杯形基础类型。站台横跨结构形式一般采用硬横跨结构。腕臂为钢制 管材，采用单独的绝缘旋转腕臂形式。 德国大部分采用横腹杆钢支柱或混凝土圆支柱，支柱基础一般采用机械钻孔、混 凝土现浇或钢管桩基础类型。站台横跨结构形式以软横跨结构为主。腕臂为高强度铝 合金材料，采用刚性平腕臂形式。 法国大部分采用镀锌工字钢( h 型) 或槽钢支柱，支柱基础一般采用机械钻孔、 混凝土现浇基础类型。站台横跨结构形式以硬横跨结构为主。腕臂为高强度铝合金材 料，采用绝缘旋转腕臂形式。 2 5 线岔类型比较 线岔位于道岔的上空、是两支接触悬挂相交点的一种转换设备，其主要作用是保 证受电弓能从一支悬挂顺利过渡到另一支悬挂。 日本前期采用交叉线岔，后改为无交叉线岔。德国采用交叉线岔，通过精确调整 导线高度和走向，可以使线岔处与其他处的接触力基本一致，从而保持均匀的弹性。 法国采用带有“辅助悬挂”的三组悬挂系统，枫车无论从正线到渡线，还是从渡线到 正线，都是通过辅助悬挂过渡。三组悬挂形式使线岔处的接触网弹性增加，机车能平 稳良好地受流，但是安装调整比较麻烦。 2 6 电分相装置b 匕较 由于供电臂供电半径的限制，相邻变电所间的接触网不可避免地由不同相的电压 供电，故需要设置电分相装置。对于高速电气化铁路来说，高速铁路接触网电分相装 置是保证行车安全可靠的一个关键因素。目前，世界各国都根据自己的实际情况，采 用了相应的分相装置。 日本的高速铁路接触网电分相装置采用地面开关站自动切换过分相方式。其优点 是机车不用进行电分相操作，停电时间短，冲击和失速小，而且可以多弓运行。但是 这种方式的地面开关设备复杂，造价昂贵，切换过程容易引起真空开关过电压重燃， 导致换相失败而发生异相短路。 法国的高速铁路接触网电分相装置采用车上自动切换过分相方式。这种方式充分 利用a t c 轨道信号回路及机车断路器，不必额外增加其他设备，对高速铁路接触网无 特殊要求。其缺点是若机车停在无电区，则需要短时给无电区供电，机车才能驶出。 德国因采用单相供电，每个供电臂都是同相电源，所以没有过分相问题。 硕士学位论文高速铁路接触网模式及比较 2 7 关键零部件比较 高速铁路接触网的关键零部件主要有：定位器、补偿装置、接头线夹、终端锚固 线夹和电连接线夹等。它们与接触线或承力索直接相连，通过工作电流，是直接影响 受流质量的最为重要的一部分零件“3 。 2 7 1 定位器 定位器用于接触网导线定位，是受电弓通过时最接近的关键零件，它由定位钩、 定位器管、定位销钉套简和定位线夹组成。 日本的简单链型悬挂采用曲线定位器，复链型悬挂则采用双支曲线定位器；法国 在直线段采用直线定位器，曲线段则采用弯管式定位器；德国则根据线路条件采用不 同的定位器。 2 7 2 补偿装置 补偿装置是调整承力索和接触线张力，使其保持恒定的自动装置，是高速铁路接 触网不可缺少的关键零件。 曰本的高速铁路接触网普遍采用变比鼓轮补偿装置，该装置磨耗小、传动效率高、 补偿灵活，但是加工制造和使用较为复杂；德国采用带断线制动的棘轮补偿装置，这 种补偿装置只有一个传动轮，加工制造和使用简单，但是由于传动比固定，适用范围 较小：法国采用滑轮组补偿装置，这种补偿装置制造相对简单，适用范围较大。 2 7 3 接头线夹 接头线夹分为承力索接头线夹和接触线接头线夹。 日本的承力索接头线夹根据承力索不同，采用不同规格的接续管结构，接触线接 头处则采用双线线夹：德国的承力索接头线夹主要有可锻铸铁双耳楔型和锥套螺纹胀 紧型两种型式，接触线接头线夹主要有夹板式和每边三个斜顶丝式两种型式；法国的 承力索接头线夹采用双锥套螺纹型式，接触线接头线夹为带锯齿的双夹板。 2 7 4 终端锚固线夹 终端锚固线夹用来固定承力索或接触线的终端，是高速铁路接触网关键的受力部 件。 终端锚固线夹主要有日本的u 螺栓紧固型和单耳压接套管型、德国的可锻铸铁双 耳楔型以及法国的锥套螺纹胀紧型。 2 7 5 电连接线夹 电连接的作用是保证接触网各导线之间、各分段之间、各股道接触网悬挂之间的 电流畅通。根据作用不同，一般分为接触线电连接线夹、承力索电连接线夹和并沟线 夹三种。 日本主要采用铝黄铜制造的压接型接触线电连接线夹，通过并线沟夹与承力索固 0 硕士学位论文高速铁路接触网模式及比较 定后，再和另一个压接型接触线电连接线夹相连；德国的接触线电连接线夹采用不锈 钢螺栓夹紧，并线沟夹由两夹板式不锈钢螺栓固定；法国的接触线电连接线夹本体为 紫铜、副夹板为铝青铜，与电连接线采用压接形式，并沟线夹只起支撑固定作用。 2 8 小结 综上所述，由于历史原因和技术水平的差距，各国的高速铁路接触网模式有所不 同，各有所长，我们在引进国外技术时，应注意结合本国实际，吸收各国先进技术， 就总体技术开发而言，德国处于世界前列。德国的高速铁路接触网大量使用标准图、 标准结构和标准零部件，工艺和工法也基本达到了配套和系列化，从而提高了工程质 量、加快了工程进度、节约了工程投资。 鉴于高速铁路运输能力的飞速发展，以及由此带来的巨大的经济效益和社会效 益，高速铁路已成为世界各国铁路发展的总趋势。欧洲共同体在全欧洲有一个宏伟的 修建高速电气化铁路的计划，并已经制定了相关的标准。可以预测，随着科学技术水 平的进步，高速铁路接触网模式将日益完善，最终趋于标准化。 0 硕士学位论文高速铁路接触网模式及比较 定后，再和另一个压接型接触线电连接线夹相连；德国的接触线电连接线夹采用不锈 钢螺栓夹紧，并线沟夹由两夹板式不锈钢螺栓固定；法国的接触线电连接线夹本体为 紫铜、副夹板为铝青铜，与电连接线采用压接形式，并沟线夹只起支撑固定作用。 2 8 小结 综上所述，由于历史原因和技术水平的差距，各国的高速铁路接触网模式有所不 同，各有所长，我们在引进国外技术时，应注意结合本国实际，吸收各国先进技术， 就总体技术开发而言，德国处于世界前列。德国的高速铁路接触网大量使用标准图、 标准结构和标准零部件，工艺和工法也基本达到了配套和系列化，从而提高了工程质 量、加快了工程进度、节约了工程投资。 鉴于高速铁路运输能力的飞速发展，以及由此带来的巨大的经济效益和社会效 益，高速铁路已成为世界各国铁路发展的总趋势。欧洲共同体在全欧洲有一个宏伟的 修建高速电气化铁路的计划，并已经制定了相关的标准。可以预测，随着科学技术水 平的进步，高速铁路接触网模式将日益完善，最终趋于标准化。 0 硕士学位论文高速铁路接触网受流质量研究 第三章高速铁路接触网受流质量研究 3 1 引言 受流指高速运行中的受电弓，通过与接触线的滑动接触获得电能、传递给电力机 车的过程。高速铁路受电弓一接触网间的受流质量，是影响电气化铁路列车运行速度 和安全的一项主要技术指标。本章首先分析高速铁路接触网受流质量的静态和动态评 价标准，然后通过计算机仿真技术，分析研究影响受流质量的多个因素，最后给出结 论。 3 2 受流质量静态评价标准 常用的受流质量静态评价标准包括静态弹性系数、静态弹性不均匀度系数和安全 系数。 3 ，2 1 静态弹性系数 在接触网静止的状态下，对接触线的点并由下向上旎加垂直力只 值j ，( 曲和垂直力之比日( 曲称为该点的静态弹性系数。 如) = 学 接触线的抬高 ( 3 一1 ) 沿接触线的e ( 变化越小，说明受电弓的垂直运动越小，进而接触线和受电弓 之间的接触力波动也越小。因此，接触线的静态弹性系数应该尽可能恒定。 3 2 2 静态弹性不均匀度系数 静态弹性不均匀度系数u 用来衡量静态弹性系数的恒定程度。 甜：竺坐1 0 0 ( 3 2 ) g m “+ p m j “ 为了易于操作，实际上在用跨中测量的静态弹性系数冉代替。用在悬挂点或 第一吊弦处测量的静态弹性系数b 代替。从而得到一种略带修正的静态弹性不均 匀度系数： “：兰旦1 0 0 ( 3 3 ) 曰+ 已 一般来说，静态弹性不均匀度系数越小，静态弹性系数越恒定。 3 2 3 安全系数 安全系数为= f m “( 口2 f ) ( 3 4 ) 式中，& - 为磨耗系数，一般取o 8 ，新导线临时检验时取l ：仅：为张力差系数， 硕士学位论文高速铁路接触网受流质量研究 第三章高速铁路接触网受流质量研究 3 1 引言 受流指高速运行中的受电弓，通过与接触线的滑动接触获得电能、传递给电力机 车的过程。高速铁路受电弓一接触网间的受流质量，是影响电气化铁路列车运行速度 和安全的一项主要技术指标。本章首先分析高速铁路接触网受流质量的静态和动态评 价标准，然后通过计算机仿真技术，分析研究影响受流质量的多个因素，最后给出结 论。 3 2 受流质量静态评价标准 常用的受流质量静态评价标准包括静态弹性系数、静态弹性不均匀度系数和安全 系数。 3 ，2 1 静态弹性系数 在接触网静止的状态下，对接触线的点并由下向上旎加垂直力只 值j ，( 曲和垂直力之比日( 曲称为该点的静态弹性系数。 如) = 学 接触线的抬高 ( 3 一1 ) 沿接触线的e ( 变化越小，说明受电弓的垂直运动越小，进而接触线和受电弓 之间的接触力波动也越小。因此，接触线的静态弹性系数应该尽可能恒定。 3 2 2 静态弹性不均匀度系数 静态弹性不均匀度系数u 用来衡量静态弹性系数的恒定程度。 甜：竺坐1 0 0 ( 3 2 ) g m “+ p m j “ 为了易于操作，实际上在用跨中测量的静态弹性系数冉代替。用在悬挂点或 第一吊弦处测量的静态弹性系数b 代替。从而得到一种略带修正的静态弹性不均 匀度系数： “：兰旦1 0 0 ( 3 3 ) 曰+ 已 一般来说，静态弹性不均匀度系数越小，静态弹性系数越恒定。 3 2 3 安全系数 安全系数为= f m “( 口2 f ) ( 3 4 ) 式中，& - 为磨耗系数，一般取o 8 ，新导线临时检验时取l ：仅：为张力差系数， 硕士学位论文高速铁路接触网受流质量研究 一般取1 1 5 ，高速时为1 1 或更小；民。为导线最大破坏拉力；f 为补偿器处导线额 定张力。 我国铁路电力牵引供电规范( t b j 9 8 5 ) 规定安全系数为2 5 ，如果受流性能 相同，应优先选择安全系数大者。 3 2 4 小结 静态评价标准在一定情况下对受流质量的评价有所帮助，但是并不绝对。例如法 国高速铁路接触网的静态弹性不均匀度系数是德国的四倍，而法国高速铁路的运营速 度v = 3 0 0 k m h ，德国的仅为2 5 0 k m h 。静态评价标准可以作为评价受流质量的参考数 据，由于没有确切的标准值作为评价依据，应用静态评价标准必须具体问题具体分析。 3 3 受流质量动态评价标准 在低速线路上，由于受电弓滑板与接触线的接触比较平稳。通常能够得到正常的 受流。而在高速线路上，由于受电弓的垂直振动加剧，接触线的抬升量加大，受电弓 和接触线均发生与自身特性相关的振动，不可避免地产生受电弓和接触线机械性脱开 的现象，从而导致受流质量的恶化。高速铁路接触网的动态受流质量，主要从以下几 个方面进行评价“”“”。 3 3 1 弓网间动态接触压力 弓网间的动态接触压力和接触线的高度变化、悬挂特性、线路状态、运行速度等 多种因索有关。在高速运行时，动态接触压力与气流影响的附加动力、机车运行速度、 线路振动的角频率存在以下关系： r l = ，：+ k 矿2 + j j l 彳1 国2 p( 3 5 ) j r 2 = b + k y 2 一坯l 2 e( 3 6 ) 式中：f c ，受电弓上升时的接触压力： 屁受电弓下降时的接触压力； 只受电弓静态接触压力； k 酽作用在受电弓的空气动态分力； m 受电弓归算质量； 口接触线的波动幅值； m 2 p 接触线弹性不均匀造成的干扰力； 这是弓网接触压力的一般公式，但由于一个跨距内各点的接触压力不同，常常以 接触压力的平均值r 来评定。 1 ” b = 二y f ( 3 7 ) 管 式中：f 采样点；一f 处的压力。 硕士学位论文高速铁路接触网受流质量研究 一般取1 1 5 ，高速时为1 1 或更小；民。为导线最大破坏拉力；f 为补偿器处导线额 定张力。 我国铁路电力牵引供电规范( t b j 9 8 5 ) 规定安全系数为2 5 ，如果受流性能 相同，应优先选择安全系数大者。 3 2 4 小结 静态评价标准在一定情况下对受流质量的评价有所帮助，但是并不绝对。例