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接触网标准体系与规范1 我国接触网现状和标准化的意义我国电气化事业从上个世纪60年代开始至今，已走过近半个世纪的路程。到2005年底，我国电气化铁路铁营业里程已达20,000km。根据铁路中长期规划，到2020年，全国铁路营业里程将达到100,000km，其中客运专线10,000km，主要干线实现客货分离，电化率50%，电气化里程将达到50,000km。接触网是电气化铁路牵引供电系统的一部分。经过长期的工程实践和运营管理，在接触网设计、施工和运营管理方面积累了大量的宝贵经验和教训。但也存在一些问题，主要是由于历史原因造成的各设计、制造单位，在接触网设计、零部件选用和加工制造上相互独立、各自为政。在电气化铁道发展的初期，这种方式很好地起到了百花齐放、促进接触网专业蓬勃发展的作用；但随着时间的推移和接触网的不断发展，其与生俱来的弊病逐渐暴露出来，接触网设计标准、安装图、零部件的多样化，给设计、施工、制造、运营维护以及行业管理均带来了不小的工作量和一定的难度。因此，通过借鉴国外成熟的技术和成功的运营经验，根据我国的国情，在接触网本身进行系列化、标准化的基础上，对其使用的接触网安装图及零部件进行标准化、简统化工作，这对简化设计、施工、加工制造、运营管理等，全面提高我国接触网质量和运行水平都具有极为重要的意义。近年，随着我国能源政策的调整和铁路技术政策向电力牵引的转变，一批既有线包括既有电气化铁路提速改造和哈大线系统引进德国成套电气化技术的成功以及客运专线的建设，使我国电气化整体技术又上了一个台阶，所有这些都为接触网的标准化工作奠定了有利的基础。因此，从标准化的时机来说，目前已经成熟。2 国外接触网标准化工作现状纵观国外电气化铁路的发展，尤其是发达国家的电气化发展史，可以发现，越是电气化铁路先进的国家越重视标准化工作的研究和实施，其中德国显得尤为突出。下面主要介绍德国铁路接触网规范及接触网系列化、标准化的现状。3.1 德国接触网执行的标准规范体系德国现行的接触网标准规范体系，按国际、地区、国内以及行业可分为下面几个层次，其结构体系与我国基本一致：3.1.1 IEC标准包括绝缘配合、绝缘子特性、绝缘子试验方法和验收标准、绝缘子模拟污染试验、绝缘子选择原则、电力牵引架空线路、电磁兼容等方面的标准。3.1.2 欧洲标准与接触网有关的主要有：EN 50119 2001年，铁路应用固定设备电力牵引架空接触网EN 50149 2001年，铁路应用固定设备；电力牵引铜和铜合金带槽接触线EN 50126-1 1998年，铁路应用车辆受电弓：特性和测试第1部分：用于正线车辆的受电弓EN 50126-2 1999年，铁路应用车辆受电弓：特性和测试第1部分：用于地铁和轻轨车辆的受电弓prEN 50318 1999年，铁路应用电流集电系统受电弓和架空接触网之间的动态相互作用的仿真确认prEN 50345 2000年，铁路应用固定设备；电力牵引用于架空接触网支持装置的绝缘合成绳索装置3.1.3 UIC（国际铁路联盟）标准UIC 600 1981年，架空接触网的电力牵引UIC 606-1 接触网动力计的应用UIC 606-2 25kV 60Hz接触网的安装UIC 608 国际通用的受电弓UIC 791 架空接触网的维修方法UIC 870 1987年，带槽接触线的技术规格3.1.4 德国工业标准DIN VDE 210 1985年，额定电压1kV以上的架空供电线路的规划和设计DIN VDE 216 1986年，架空和接触轨设备的零件；静态机械特性：规定和测试DIN VDE 216-2 1992年，架空和接触轨设备的零件；正常运行条件下载流零件的电气接触特性（草案）DIN VDE 228-1 1987年，电力设备对电信设备的干扰情况处理；总则DIN VDE 228-3 1988年，电力设备对电信设备的干扰情况处理；交流牵引系统的干扰DIN VDE 228-4 1987年，电力设备对电信设备的干扰情况处理；直流牵引系统的干扰DIN 43138 1980年，用于架空设备和回流的柔性电线DIN 43140 1975年，接触线；供货的技术条件DIN 43141-1 1975年，用于电力牵引的带槽接触线；尺寸和恒定电流负荷DIN 43137-13 电力牵引；吊弦线夹DIN 43138 1986年，架空设备的楔形线夹DIN 43155 1985年，架空设备的线夹装置DIN 43174 1970年，电力牵引用的受电弓；尺寸选择手册3.1.5 德国铁路股份公司（DB）制定的规则和规程德国铁路有关牵引供电的规范见表1。表1 德国铁路牵引供电规范一览表代号 名 称462 架空接触网的运行、原理800.01 带接触网系统线路的限界和股道间距、标准轨距9550101 铁路供电设施9550102 铁路供电设施保护9550103 牵引变电所内控制技术9550lO4 牵引供电通信技术9550lO5 牵引供电的建筑要求9970101 架空接触网；一般原则9970102 架空接触网；设计和施工9970103 架空接触网；施工、监督和验收9970lO4 架空接触网；设备维修99701 接触网设施的防腐蚀9970lO7 接触网防腐蚀措施的实施99702Ol 架空接触网；用于回流系统、轨道接地和电位平衡的原则99702O2 架空接触网；回流设计99702O3 架空接触网；回流施工9970204 架空接触网；铁道接地设计99702O5 架空接触网；铁道接地施工9970206 架空接触网；电位平衡设计和施工997022l 架空接触网；回流线的应用9970222 架空接触网；高速铁路线回流措施9970223 架空接触网；混凝土建筑物的回流和轨道接地9970224 架空接触网；整体道床的回流和轨道接地9970225 架空接触网；直流铁路线路上仍采用的回流线和铁道接地9970241 架空接触网；减噪墙的铁道接地导接线9970242 架空接触网；桥墩上路面导槽的铁道接地导接线9970301 接触网供电分段设计99703O2 接触网供电分段制图和命名规则9979101 延长Ri100接触线使用寿命的工作指导书9979113 用于规划设计、供货、建安和维修的规程和标准9979114 接触网设备的鸟类防护3.2 接触网悬挂标准系列化工作德国在上世纪50年代就开始接触网的标准化工作，由SIEMENS、AEG和ABB等公司联合开发和制定出Re75、Rel00、Rel60、Re200、Re250和Re330系列化标准型式，字母后面的数字为接触网所适应的最高行车速度目标值。Re200、Re250和Re330型接触网采用弹性链形悬挂，Rel60及以下型号的接触网采用简单链形悬挂。Re75、Rel00用于站线，其余的型号适用于不同行车速度目标值的正线。Rel60与Re200没有本质的区别，主要是定位点的弹性吊索长度不同，以及适应的曲线半径有所不同，Re200要求的曲线半径最小为1200m，因此可归为一类。标准的Re200腕臂支持装置采用的是钢件和铸铁件；哈大线引进的Re200c为改进型，所有的接触网零部件均采用有色金属，主要是铝合金，部分为铜合金。因此，接触网的整体寿命有了大幅度的提高。Re250适应的最高行车速度目标值可达280kmh，并首次采用铝合金接触网零部件。Re330是在Re250的基础上发展起来的，在单弓取流时，能适应的最高行车速度目标值达350 kmh；Re330与Re250均采用铝合金接触网零部件。3.3 德国铁路标准接触网安装图库德国铁路标准接触网安装图库简称为Ebs，每个标准接触网，即从Re75、Rel00、Rel60、Re200、Re250到Re330均有相对应的Ebs图库。Ebs图库适用于标准接触网的常规设计，不适用于特殊设计内容。每个标准接触网的Ebs图库基本上由16部分组成：01该型号标准接触网的基本图；02结构设计和施工流程；03基础；04支柱；05支持装置；06软横跨的支持装置；07架空接触网、非绝缘锚段关节、绝缘锚段关节、中性段；08补偿装置、分段绝缘器；09柱上隔离开关、电动操作机构、控制电缆接头；10电连接、开关线、电连接线夹；11软横跨、硬横跨；12在上部结构、隧道、列车整备线处和集装箱车站的架空接触网和支持装置的设置；13绝缘子；14标志、架空接触网信号；15接地、回流线；16馈电线和加强线；25Re330型架空接触网。从上述组成内容可以看出，安装图库结构合理、内容全，涵盖接触网专业所有的设计内容。这就意味着在设计中可将主要精力集中在乎面设计、安装图号的选择和少量的特殊设计上。4 我国接触网标准化工作与先进国家的差距4.1 规范方面我国以往的铁路电力牵引供电设计规范(TB1000998)适应的行车速度为120 kmh，随着既有线提速改造至140 kmh时，铁路电力牵引供电设计规范(TB 1000998)也相应修改升级适应140 kmh行车速度目标值的要求。近年随着既有线提速的深入、秦沈客运专线和京沪高速铁路建设的需要，陆续出台或即将陆续出台分别适应160、200、350 kmh行车速度目标值的铁路电力牵引供电设计规范，并制定相应配套的施工、验收等规范。从铁路电力牵引供电设计规范发展的历程中不难看出，按不同的行车速度目标值制定不同的规范是我国牵引供电系统规范体系与时俱进的总体思路，其主要特点是着重专业内部技术参数标准的约束。从表1德国牵引供电系统规范体系中可以看出，其显著特点是按专业分类、由同一专业的不同方面即由设计、施工、维护构成完整的体系，优点是将牵引供电系统中与行车速度密切相关的接触网专业分离了出来，而接触网专业又有按不同速度行车目标值确定的标准化体系的支持。因此，德国牵引供电系统规范体系基本上摆脱了行车速度对其的约束。现将其主要特点大致归纳如下。(1)接触网线材及零部件的制造、检验标准均纳入国家标准。标准零部件的技术参数来自于相应标准接触网的Ebs图库。(2)德国铁路接触网专业规范主要由3部分组成：997.01、997.02和997.03，每部分均有设计、施工以及运营维护3方面的内容，这与我国按设计、施工、验收、运营维护分别制定不同。997.01主要内容是接触网专业的一些基本规定，以及有关设计、施工、运营维护的有关规定，其中还包括监理、验收和接触网质量保证期的有关规定；997.02主要是对接触网回流、接地、电位平衡，从设计、施工等方面进行了规定；997.03规定了接触网供电分段的设计以及制图和不同供电分区的命名规则。(3)DB系列规范注重基础参数和要求的明确。在997.01的开篇就对标准接触网的主要技术参数进行明确的规定，同时对标准接触网所需安装净空、受电弓参数及其无线夹空间、弓网间的相互作用也作了相应的规定。(4)DB系列规范注重与带电体安全距离的规定，997.01分若干种情况对距带电体的绝缘距离和安全距离进行了明确的规定。(5)DB系列规范注重细节参数的明确。在997.01接触线高度的计算、不同型号标准接触网的锚段长度以及半个锚段长度、最大跨距、最小跨距以及相邻跨距差、接触网状态修的修程等均有明确的规定，具有很好的操作性。在997.03中，不仅对接触网供电分段的划分进行了明确的规定，同时对网上隔离开关编号的编制也进行了明确的规定，维护人员通过对编号就能迅速知道该隔离开关的具体方位，便于正常运营检修尤其是事故状态下的抢修。(6)DB系列规范注重相关专业接口与分工的明确。牵引回流与接地涉及的专业多，与信号、通信、土建等专业有关，且与设备及人身安全密切相关，因此特将此项内容作为独立的内容单独列出，这点与我国不同。从997.02的内容上看也很有特点，对所涉及的专业在回流与接地的设计、安装、维护中的责任进行了明确的规定。同时，997.02也较好地解决了接触网专业与信号专业共用钢轨的问题。钢轨，信号专业用作轨道电路，接触网专业则用作牵引电流的回流和供电设施及一定范围内其他设施的接地。两专业不同的用途有一致的也有相互冲突的地方，997.02按不同的轨道电路和牵引电流的大小等提出了一整套完整的规定，保证了两专业合理的共用。997.02还对在无碴轨道和隧道内回流与接地进行了明确的规定，将接触网接地与轨上建筑物的接地统筹考虑，形成综合接地。4.2 系列化和标准化方面我国接触网目前还未形成标准系列，接触网的技术参数配置，基本上是由各设计单位根据行车速度目标值、线路情况和各单位的自行标准进行选择，由部有关单位审查确定。接触网安装图的标准化工作，应该说从电气化铁路建设以来尤其是上个世纪末期，有关部门和设计单位做了不少的工作，但由于接触网标准没有确定，一方面只能做一些局部的标准安装图工作，即能形成标准安装图的内容较少；另一方面由于不能形成系统，也使得标准安装图的覆盖面很小，即很难得以广泛运用。至于接触网零部件，由于接触网无标准、安装图很难统一，因此很难进行标准化工作。目前，有的零部件甚至在同样使用条件、实现同样功能的情况下，其种类可达数个，型式则达数十种，给设计、施工、加工制造、运营以及行业管理带来的工作量和难度是可想而知的。既有的接触网规范见表2。表2 涉及接触网的既有规范（手头有的）与接触网有关的规程、规范设计铁路电力牵引供电设计规范(TB100092005) 2005-04-25发布铁路枢纽电力牵引供电设计规范(TB100762000) 2000-12-21发布铁路电力牵引供电隧道内接触网设计规范(TB100752000) 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200250km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发布施工铁路电力牵引供电施工规范 1998-09-07发布铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准（TB10421-2003） 1998-09-07发布新建客货共线铁路工程施工补充规定（暂行）新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收标准运营：接触网安全工作规程、接触网运营维修规程广铁集团曾起草：准高速接触网维修规范装备制造与检验电气化铁道接触网零部件通用技术条件(TBT2073)电气化铁道接触网零部件试验方法(TBT2074)电气化铁道接触网零部件 TB/T 2075.12075.54-2002 2002-05-17发布电气化铁道接触网用棒形悬式复合绝缘子 TB/T3068-2002 2002-09-09发布电气化铁道接触网环形预应力混凝土支柱 TB/T2287-2005 2005-03-29发布电力牵引架空接触网 prEN 50119 2000-02发布铜接触线 TB/T 2810-1997 1997-07-10发布铜合金接触线 TB/T 2821-1997 1997-09-21发布电力牵引用接触线 GB 12971.112971.5-91 1991-06-06发布FPC-(1.2)分段绝缘器技术条件 TB/T 2288-91 1992-01-07批准电气化铁道用接触线通用技术条件 TB/T 2809-1997 1997-07-10发布电力牵引用内包式钢铝接触线 TB/T 2277-91 1992-01-07发布国际通用受电弓 UIC CODE 608 2003-045 接触网规范以及系列化、标准化的研究从上面国内外现状及差距分析中可以看出，在接触网系列化、标准化的基础上，尽快形成拥有自主知识产权的接触网标准安装图库和零件图库，并在这些工作的基础上尽快对牵引供电系统规范体系进行全面的修订，是接触网专业实现与国际接轨、尽快赶上国际先进水平的关键步骤。5.1 应全面系统修订我国牵引供电系统规范从前面的差距分析中可以看出，我国牵引供电系统规范体系结构不尽合理、受行车速度约束严重，其原因在于没有将接触网或接触网中与行车速度密切相关的部分分离出去。因此，建议将接触悬挂形式的确定和线材配置以及主要技术参数的选择放在接触网系列化、标准化中加以明确和规范，接触网规范的重心应放在对基本规定、安全可靠性措施、基础参数确定以及专业接口与分工明确等上，即未来的牵引供电系统规范应建立在接触网系列标准与标准安装图库、标准零件图库基础上，形成基本不受行车速度约束的，包括设计、施工、监理、运营维护在内的，对专业基本技术参数和相关专业接口有合理明确规定的统一、完整的体系。另外，从广深线、哈大线和秦沈客运专线等的建设经验看，我国牵引供电有关接触网方面的规定已经不能适应建设形势发展的需要，应同时进行修订和补充。如对接触线安全系数的规定等，在我国的规范中，仅按磨耗的不同情况给出一个不同的系数加以明确。而欧洲规范EN50119则按接触线的制造工艺、运行环境、磨耗、使用的终端锚固零部件的不同分别给出相应的系数，接触线的安全系数则综合这些系数再考虑一定的安全裕度来确定，与我国的方法相比则更接近实际，更能充分发挥材料本身的特性。再例如接触网道岔柱的布置，在我国的规范中规定，道岔柱设在单开道岔的道岔区线间距600 mm处即为标准定位，优点是简单且很好操作，但却未能体现道岔布置的关键点。实际上，接触网道岔布置的关键不在于道岔柱的位置，而是受电弓在始入、始出接触线处与两支接触悬挂的相互关系，这与受电弓参数有关。因此，在规范中应明确的是受电弓参数、无线夹空间和受电弓始入、始出接触线位置，以及在此处两接触悬挂与受电弓的相互关系，而道岔柱的设置应考虑悬挂参数、道岔类型、相邻跨距及拉出值布置等因素在具体设计中确定。5.2 建立我国自己的接触网系列标准要对接触网安装图和零部件进行简统化、标准化工作，首先必须对接触网本身进行系列化和标准化，即按不同的速度目标值，对接触网进行分级形成不同的档次，对每一档次(或型号)接触网的主要技术参数进行标准化，以此为基础完成接触网零部件标准化、简统化工作。接触网系列标准的制定应考虑以下几方面因素。5.2.1 合理地划分接触网适应的行车速度范围接触网所适应的行车速度目标值的划分与我国线路等级划分、我国既有线进一步提速的技术政策、接触网造价上的差别，以及相应产生的标准化安装图和零部件的工作量和经济性能等有关。首先，接触网的系列标准应能涵盖不同等级线路所能适应的最高行车速度目标值；其次，对一定速度范围内的速度级进行适当合并，以尽量减少标准接触网的种类。合并时，在充分考虑不同接触网的造价差别、避免标准过高造成投资功能比例失调的同时，也要充分考虑随着移动设备和土建技术的不断进步，如摆式动车组的应用，既有线路有进一步提速的可能，因此，接触网应留有一定的速度预度。德国SIEMNES公司根据目前德国铁路公司和世界主要国家电气化铁路发展状况提出的新的接触网系列标准就充分体现了这点。SIEMENS公司新提出的SICAT系列标准接触网的主要技术参数见表3。从表3中可以看出，SIEMENS将原系列中从Re75、Rel00、Rel60、Re200、Re250到Re330的6种类型合并成3种，Re75、Rel00、Rel60合并为SICAT LA；将Re200改造为SICAT SA，从其张力配置和接触线线材选择能看出哈大线的影响；Re250、Re330则合并为高速接触网SICAT HA，适应了目前高速铁路的发展。SICAT SA在用于既有线电化时，可为其进一步提速，如为采用摆式动车组提供可能。表3 SIEMENS公司SICAT系列标准接触网的主要技术参数型号悬挂类型承力索接触线适应的最高速度SICAT HA弹链Bzl202l kNRIM12027 kN35O kmhSICAT SA弹链Bz5010 kNRIS10012 kN230 kmhSICAT LA简链Bz5010 kNRI10010 kNl60 kmh5.2.2 按不同的行车速度目标值合理使用接触线的张力资源从目前接触线制造水平来看，就120mm2截面的铜或铜合金接触线而言，按欧洲EN50149标准，具有最大的综合拉断力是铜镁合金为57kN；同样，按EN50119接触线安全系数计算办法，铜镁合金120mm2接触线的额定张力可达27kN(德国Re330中接触线的张力即为27kN)，此值为目前在高速接触网中铜合金接触线能达到的最大值。从这个角度来说，接触线张力的取值范围是有限的，受一定时期线材工业发展水平的限制。因此，应根据不同的行车速度目标值合理利用接触线张力资源，在满足接触悬挂动力学性能的基础上，合理确定接触悬挂的额定张力，以提高接触网的安全可靠性并降低接触网的造价。接触线、承力索张力过大，一方面对接触网零部件的安全可靠性提出了更高的要求，另一方面也相应提高了接触网的工程造价。5.2.3 合理选择承力索、接触线的材质和型号德国标准接触网中承力索与接触线的材质相同，均为铜或铜合金，为悬挂的稳定性、零部件的选用和接触网整体寿命的提高提供了很好的前提条件，这一点值得我们充分借鉴。至于接触线是采用铜还是铜合金，以及其截面的大小应综合各种因素研究确定。按中华人民共和国铁路技术管理规程中的有关规定并参照有关研究结论，建议的接触网系列标准见表4。表4 接触网系列标准接触网型号适应最高速度(km/h )悬挂类型接触线承力索线材张力(kN)线材张力(kN)W-8080全补偿简单链形悬挂85型铜合金8.5THJ一7010W-160160全补偿简单链形悬挂120型铜合金13THJ一9515W-250250全补偿简单链形悬挂120型铜合金15THJ一9515W-350350全补偿简单链形悬挂120铜合金25THJ一12020W系列规范尽可能与我国现有线路兼容，其中：W-80用在站线、侧线及标准较低的线路上，W-160用在既有的准高速及以下线路上，W-250用在客运专线及快速客货两用线路上，W-350用在高速客运专线上。每个系列的接触网标准均有相应接触网设计、施工及运营维护规范和标准的接触网安装图库。W标准体系主要对接触网专业内的设计、施工及运营维护进行规范，接触网专业与其它专业的接口规范需要另行制定，这类规范可以供鉴DB规范。设想中的规范体系见下表5。表5W80设计规范各类标准图接触网专业与其它专业的接口规范接触网线索、零部件制造及检验规范施工规范维护规范W-160设计规范各类标准图施工规范维护规范W-250设计规范各类标准图施工规范维护规范W-350设计规范各类标准图施工规范维护规范5.3 建立我国自己的标准接触网安装图库在接触