接触网课程设计___高速电气化铁路接触网悬挂模式设计

接触网工程课程设计接触网工程课程设计 专专 业 业 电气工程及其自动化 班班 级 级 电气 09 姓姓 名 名 学学 号 号 指导教师 指导教师 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院 20122012 年年 7 7 月月 1313 日日 指导教师评语指导教师评语 平时 30 报告 30 修改 40 总成绩 接触网工程课程设计报告 1 1 基本题目 1 1 题目 高速电气化铁路接触网悬挂模式设计 1 2 题目分析 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 目前 世界各国为满足高速受流的要求 都根据自己国家高速铁路规划的动力装置和 受电弓的结构及性能的不同 而采用了不同的悬挂类型 悬挂类型是高速铁路接触网 设计和施工的最基本参数 高速铁路接触网对悬挂类型的要求 是能够提供良好的受流 质量 寿命长 少维修 故障率低 同时应该有较高的性能价格比 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 挂和以法国为代表的简单链型悬挂 本报告结合所学高速电气化铁路接触网课程参考 国外高速接触网的发展状况 运营经验以及不同国家的弓网受流质量评价标准 对上 述三种链型悬挂类型进行了较为全面的技术经济比较 并简单分析了我国高速 以京 沪高铁为例 宜采用简单链型悬挂方式的原因 另外 对张力补偿装置的选择也略作 阐述 2 高速电气化铁路悬挂类型设计 2 1 不同类型接触网悬挂的分析比较 日本于 1964 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 复链型悬挂图如图 1 所示 九十年代以前 日本的高速铁路接触网 都采用复链型悬挂 但是这种悬挂类型一次性投资太大 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 承力索 接触线 吊悬 图 1 复链型悬挂图 接触网工程课程设计报告 2 德国高速铁路接触网一直采用弹性链型悬挂 如图 2 所示 在总结 Re75 Re100 Re160 三种标准的基础上 形成了 Re200 Re250 和 Re330 标准系列 Re 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 BzII 表 示青铜绞线 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 承力索 吊悬 接触线 图 2 弹性链型悬挂图 法国在八十年代建成的巴黎一里昂东南新干线采用弹性链型悬挂 如图 3 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 250km 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 新建的巴黎一勒芒大西洋新干线采用了简单链型悬挂 吊悬承力索 接触线 图 3 简单链形悬挂图 从各国的发展情况来看 总的趋势是 1 尽可能地简化接触网的结构 以提高接触网的可靠性 2 在材质一定的条件下 尽可能地提高接触线的张力 以提高接触线的波动速度 提高运营速度 3 积极研制和开发与接触网参数及运营速度相匹配高速受电弓 接触网工程课程设计报告 3 复链 简链和弹链三种接触网悬挂型式虽然有各自的不同特点 但对于时速 300 km h 以上的速度来说 均能满足高速受流要求 在国外都有成功的运营实践 其技术 经济比较如表 1 所示 表 1 复链 简链和弹链的技术经济比较 内容项目复链简链弹链 静态弹性不均匀度小大较小 动态接触力的标准偏差小较大较小 定位点接触线的抬升量小较小大 受电弓运行轨迹的平缓度好 稍差 接触线设置预弛度 时可明显改善 较好 网的动态稳定性好较好差 接触网的风稳定性好较好差 环境温度变化对网的稳定性影 响 小小大 零部件数量多少较多 结构的复杂程度复杂简单较复杂 施工的难易程度难容易较难 日常维修的便利性较便利便利不便利 事故抢修的难易程度难容易较难 技 术 比 较 因接触网的震动引起螺栓松动 的可能性 小小大 一次性投资高低较高 经济 比较 运营维护费高低较高 综合比较结果 可以得出以下结论 接触网工程课程设计报告 4 1 复链型悬挂静态弹性不均匀度最小 受电弓的运行轨迹最平缓 但投资较高 结 构比较复杂 施工调整及事故抢修难度大 2 简单链型悬挂静态弹性不均匀度较大 导致受电弓运行轨迹的平缓度稍差 但当 接触线设置适当的预留弛度时可得到明显改善 简单链型悬挂的结构最为简单 投资 最省 施工调整 运营维护及事故抢修较容易 3 弹性链型悬挂静态弹性不均匀度较小 受电弓的运行轨迹也较平缓 但接触网的 平均抬升量大 稳定性较差 需专门的安装测试工具 施工调整及事故抢修难度大 2 2 关于弓网受流质量的评定标准 1 弓网间动态接触压力 定义 指受电弓滑板与接触导线间的垂向接触力 此接触力包括所有接触点的垂 向力总和 分析区段一般定义为一个跨距 评定标准如表 2 所示 表 2 弓网间动态接触压力评定指标 速度等级120 160km h160 200km h200 250km h250km h 以上 Fmax N 100 130130 190175 210190 225 Fmin N 50 6040 6050 7530 55 Fmaxs N 110 140120 200190 210210 230 Fmins N 40 5030 4020 40 5 20 Fm N 90 100100 110110 120110 120 15 2625 2826 3132 40 术语和符号 Fmax 分析区段内实际最大接触压力 N Fmin 分析区段内实际最小接触压力 N 分析区段内接触压力标准差 N Fm 分析区段内接触压力的平均值 N Fmaxs 分析区段内接触压力的统计最大值 N 3FF mmaxs Fmins 分析区段内接触压力的统计最小值 N 3 FF mmins 2 离线 接触网工程课程设计报告 5 定义 指受电弓滑板脱离接触导线的时间 离线评定指标如表 3 所示 术语和符号 Tmax 分析区段内最大一次离线的时间 ms 分析区段内的离线率 区段内离线之和与运行时间的比率 表 3 离线评定指标 速度等级120 160km h160 200km h200 250km h250km h 以上 Tmax ms 100 100 100 100 3355 3 受电弓滑板振动幅度 定义 指受电弓滑板在一个跨距内的振动幅度 即上下振动的范围 一般用 2 倍 振幅表示 受电弓滑板振动幅度评定指标如表 4 所示 术语和符号 Hmax 跨距内受电弓滑板的最大高度 mm Hmin 跨距内受电弓滑板的最低高度 mm 跨距内滑板振动幅度计算公式为 minmax H HA2 表 4 受电弓滑板振动幅度评定指标 速度等级120 160km h160 200km h200 250km h250km h 以上 CLOSE 150 150 150 150 2A mm OPEN 100 100 100 100 说明 对于单臂受电弓 CLOSE 方向指受电弓拐臂与前进方向一致 OPEN 方向指 受电弓拐臂与前进方向相反 4 接触导线抬升量 定义 指受电弓经过时 接触导线的最大抬升量 用 H 表示 接触线抬升量评定 指标如表 5 所示 表 5 接触导线抬升量评定指标 速度等级 km h 120 160120 160200 250250 以上 H mm 60 70 80 100 接触网工程课程设计报告 6 2 3 不同类型悬挂弓网受流质量 日本 法国 德国以及欧洲铁路联盟对弓网受流质量的评价标准不尽相同 对比 分析日 法 德及欧铁联盟的受流质量评价标准可知 1 提高接触线的波动传播速度 是提高列车运营速度的最有效途径 对于这一点 各国的认识是一致的 2 日 法 德三国对离线率及离线电弧的控制均较严格 如离线率一般不超过 5 一 次离线的最大时间不超过 200ms 3 德国对静态弹性的不均匀度要求较高 因此认为弹性吊索是不可或缺的 虽然 如此 德国在修建法兰克福 科隆 Re330 高速铁路时 隧道内接触网已不再设置弹性 吊索了 据 ADt ranZ 公司 Bernd w olfgangZw eig 博士介绍 隧道内取消弹性吊索 主 要有下列两个原因 隧道内受净空所限 接触网结构高度仅能达到 1100 mm 不利于弹性吊索的设 置 隧道内跨距仅为 50 m 在 21 kN 27 kN 的接触网张力下跨中弹性已经较小 接触网弹性不均匀度也相对变小 因此弹性吊索的意义已经不是很大 4 法国对静态弹性的不均匀度未作特殊要求 且对接触力的标准偏差控制也不是 很严格 可达 33 但自东南线发生事故以后 对定位器结构设计的安全性非常注重 在大西洋线 北方线上采用的定位器允许抬高量达 400 mm 安全系数在 2 倍以上 5 欧洲铁路联盟对平均接触力和接触力最大标准偏差作了规定 同时对定位装置 的结构设计作了规定 以保证行车的安全 3 高速铁路宜采用的悬挂方式 鉴于复链型悬挂结构太复杂 投资太高 国内尚无成熟的设计 施工和运营经验 故不宜在京沪高速中推荐采用 从悬挂方式对速度适应性的发展历程来看 四十年前 东海道新干线 210 km h 采用复链型悬挂 当时人们认为 200 km h 速度应采用弹性 均匀的复链型悬挂 现在 我国广深 秦沈 200 250 km h 运行速度采用简链就已经 达到了令人满意的受流效果 再从法国的经验来看 300 km h 的简链接触网已经使 用了十几年 350 km h 的简链接触网也已投入运行 这说明简链不仅在 200 250 km h 速度段的受流性能得到了确认 在 300 350 km h 速度段同样能满足运营要求 从德国的经验来看 从 160 330 km h 速度 弹链的使用已经有了成熟的经验 受流 质量同样满足要求 弹链和简链在高速领域均有出色的受流性能 主要原因是两种悬 挂都加大了接触线的张力 提高了接触线的波动传播速度 并有追随性能优越的受电 弓相匹配 接触网工程课程设计报告 7 对于京沪高速而言 从受流质量要求来看 弹链和简链均能满足要求 但弹链施 工调整麻烦 运营维护和事故抢修难度加大 同时弹链的稳定性不如简链 综合比较 结果 采用简单链型悬挂更适合我国的施工及维护环境 因此 京沪高速推荐采用全 补偿简单链型悬挂 具体参数如图 4 和表 6 所示 图4 京沪高铁悬挂类型 简单悬挂 表6 京沪铁路接触悬挂的技术参数 名 称量 值名 称量 值 接触线 CuCa mm2 150最大跨距 m 63 接触线张力 KN 15正线相邻跨距之比1 15 1 承力索 Bz mm2 65结构高度 mm 1400 承力索张力 KN 15 8 5 出站 接触线高度 mm 5650 6000 最短吊弦 mm 600 500 350补偿装置铝合金大滑轮装置 4 张力补偿装置的设计 目前的张力自动补偿装置主要有日本的变比鼓轮补偿装置 德国的棘轮补偿装置 和法国的滑轮组补偿装置 张力自动补偿装置应具备如下技术性能 1 机械传动变比 1 3 1 5 2 机械传动效率不低于 0 97 3 质量不大于 30kg 相比之下 法国的滑轮组补偿装置制造相对简单 传动比可调 适用范围较大 是高速铁路接触网首选的张力补偿装置 接触网工程课程设计报告 8 5 结论 研究高速铁路接触网的最终目的 是为了提高我国高速铁路接触网的设计和施工 水平 推动我国高速铁路技术发展 随着社会及经济的发展 必然对铁路交通提出更 高的要求 当今世界的铁路 提高列车运行速度是一项共同追求得目标 然而 要大 程度的提高列车的运行速度 接触网悬挂起着举足轻重的作用 目前 世界各国为了 满足高速受流的要求 都根据自己国家高速铁路规划的动力设置 动力集中式或动力 分散式 和受电弓的结构及性能的不同 而采用了不同的悬挂类型 高速接触网的悬 挂类型就其现有的情况而言 有日本高速铁路采用的简单复链型悬挂 德国高速电气 化铁路采用的弹性链型悬挂