高速接触网的现状及发展概述

高速接触网的现状及发展概述西南交通大学电气学院董昭德

2010年11月25日成都4523董昭德移动电话13388185708办公电话：028－87600738（市）;

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823135266高速接触网的现状及发展概述

(1)什么叫做高速铁路？

1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定：新建客运专用型高速铁路时速为300公里；新建客货运混用型高速铁路时速为250公里。欧洲将新建时速250公里到300公里的铁路，旧线改造时速200公里以上的铁路称为高速铁路。一中国高铁的发展概况1964年开始，运行速度240~300公里,新干线总长度达2451公里，高速列车客运量为世界之最。

(2)世界高铁的发展概况及对中国高铁的启示1983年开通TGV东南线，运行速度为300～350km/h，最高试验速度为574.8km/h,总里程为1923.1991年开通ICE,高速铁路总里程991公里，最高运行速度达280~330km/h最高试验速度:414发展模式供电制式国家安全世界经济日本法国德国数据统计截止2008年12月截至2010年9月底，中国高速铁路运营里程达7055公里,在建1万公里以上!世界各国高铁总和为8554.1公里意大利508西班牙1579韩国409一中国高铁的发展概况

(3)中国高铁的发展1995年,起步铁科环线试验;1998年,运营广深线准高速1602003年,完全自主知识产权,秦沈客专,试验3252006年,胶济线,运营250双层集装线客运专线2008年,京津,西门子主持,试验374,运营3502009年底,2010年初,武广/郑西客专,3502010年9月28日沪杭线416.6,350

中国五年时间走过发达国家40年的发展路程,成为世界高铁第一大国,2012实现四纵四横,达到16000公里,95%省会城市,50万以上的大城市与高铁有关,比世界所有国家的高铁总和还多!

一中国高铁的发展概况投资力度大引进消化吸收再创新发展模式前所未有300~500公里范围内实现“1小时经济圈”1200~1500公里范围内“4小时经济圈”2000~2500

公里内实现“8小时经济圈”跨越式发展满足需求(4)中国高铁的特点指导思想一中国高铁的发展概况(5)中国高铁的规划五纵六横八连线四纵四横一中国高铁的发展概况(5)中国高铁的规划近中期(2010~2040)

：五纵六横八连线

将全国主要省市区连接起来，形成国家网络大框架。长远期(2040~2070):八纵到2070(最迟2100年)实现东部加密,西部成网,网络全国主要城市和旅游景点，使西部地区主要城市可通达任何沿海省区。国内客运主要依靠高速铁路和高速公路。一中国高铁的发展概况1五纵：

①哈沪线：设14个停车站。

②京沪线：设12个停车站。

③京港线：设17个停车站。

④集(宁)昆(明)线：设20个车站。

⑤西(安)湛(江)线：设17个车站。六横

①沈(阳)兰(州)线：设20个站。

②青(岛)银(川)线：设14个站。

③盐(城)西(宁)线：设17个站。

④沪蓉线，设15个站。该线向东南可经粟阳-湖州-杭州-绍兴-宁波；向东可沿江北经扬州、泰州至南通。

⑤沪昆线：设24个车站。

⑥沪南(宁)线：设23个车站。八连线：①津唐线：天津-唐山。②开河线：开封东-菏泽-东平-济南西-滨州-东营北-河口。

③宁南线：南京-扬州-泰州-南通。④宁宁线：南京-粟阳-湖州-杭州-绍兴-宁波。⑤金温线：金华-丽水-温州。

⑥汉福线：武汉-黄石西-武穴（江南）-九江（县）-德安-南昌南-抚州-邵武-南平-福州。⑦南厦线：南平-三明-大田-厦门（同安）。⑧衡南线：衡阳-祁东-永州-全州-桂林-柳州-来宾-宾阳-南宁.一中国高铁的发展概况远期八纵

①新哈沪线：哈尔滨-长春-沈阳-大连-烟台-青岛-连云港（海州）-上海,向东北延伸至抚远中俄边界，仍称哈沪线。

②京沪线：北京-天津-沧州-德州-济南西-济宁-徐州-蚌埠-南京-无锡-上海-浦东机场。③大京港线：由京港线向北延伸而成：北京-首都机场-承德-赤峰-通辽-白城-齐齐哈尔-嫩江-黑河。一中国高铁的发展概况远期八纵④济茂线：济南-菏泽-开封-郑州-平顶山-南阳-襄樊-荆州-武夷山-吉首-怀化-桂林-柳州-贵港-玉林-茂名。

⑤新集昆线：集宁-大同-太原南-韩城-西安-汉中-成都-西昌-昆明，向北延伸至二连浩特，向南经个旧到河口。⑥徐三线：（徐州）-合肥-安庆-景德镇-鹰潭-赣州-河源-九龙-珠海-阳江-湛江-海口-三亚。

⑦太温线：太原-长治-焦作-郑州-周口东-阜阳-合肥-巢湖-铜陵-黄山-千岛湖-金华-温州。⑧包湛线：西安-安康-万源-达州-华莹-重庆-遵义-贵阳-都匀-独山-南丹-河池西-马山北-南宁-钦州-北海-湛江。向北延伸:西安-铜川-黄陵-延安-靖边-榆林-鄂尔多斯-包头.一中国高铁的发展概况二中国高速接触网的运营特点1白天运营、夜间休息；2行车密度大、速度高、电压和电流波动大；3温差大白天日照长、电流大、发热大；(一热)夜间温度低、无日照和电流焦耳热.（一冷）二中国高速接触网的运营特点4为提高受流质量，特别强调机电特性；（机械强度大、电气要求高）5为提高弓网几何安全，特别强调动态包络线和无线夹区；（上下左右、稳定性、追随特性）6空气流对接触网的影响不容忽视；（接触压力偏差、隧道内空气动力对设备稳定性影响）7综合考虑列车振动和线路不平顺度对弓网关系的影响；8牵引电流及噪音（牵引电流大、波动大、离线噪音大）；9特别强调环境保护和环境协调性。二中国高速接触网的运营特点牵引电流大

高速列车所需的牵引电流是普速列车牵引电流的两倍，甚至更大，牵引电流的加大造成接触线与滑板之间容易过热，点接触和大电流之间的矛盾是高速弓网关系应注重关心的问题之一，采用单弓受流时离线引起的冲击很大，采用多弓受流又会增加阻力、加大噪声，并引起接触网扰动。这对滑板和接触线的材质提出了新要求。大电流的存在对接触网的回流线路及接地系统也会有更高的要求。

二中国高速接触网的运营特点电磁环境

电气化铁路属于不对称电回路，不平衡电磁场对周围的各类金属管线和电子设备存在电磁干扰，对人员和设备存在潜在威胁。

由于牵引功率的加大，流过接触网中的牵引电流加大，电流对周围金属体的阻性耦合和感性耦合影响更强；网中高次谐波电流对通讯环境的影响更强。接触网产生电磁干扰的根源：弓网离线产生的高频电磁辐射；绝缘子放电产生的闪络；静电感应；电磁感应。二中国高速接触网的运营特点三高速接触网与普速接触网的差异弓网太极图弓网八卦图几何电气机械材料（1）几何耦合；（2）电气耦合；（3）动态耦合；（4）材料耦合。三高速接触网与普速接触网的差异弓网间的四重耦合1弓网四重耦合的需求和侧重点不同!

（1）设计条件（温度和风速）（2）设备性能（免维修级）（3）结构参数（精确度）（4）状态标准（误差精度）（5）线索性能（机电性能）（6）弓网匹配（动态特性）悬挂方式（无）；线索材质和截积；线索张力；电流容量；机械强度、结构稳定性、悬挂弹性及均匀性、悬挂抬升量、导线高度及其变化率；弓网振动特性；2设计条件不同三高速接触网与普速接触网的差异3施工要求不同

（1）打破专业分割;（2）施工精度要求高；（3）施工预配工厂化；（4）施工设备现代化；（5）施工人员知识化;

德国运行试验结果表明：如果设备安装在规定误差范围内，容易实现理想的弓网接触质量。跨中的预弛度达到30mm时，对弓网受流不会产生不利的作用。相对于规定的误差，尤其是在线岔处和锚段关节处产生的明显误差，会导致弓网间明显的接触压力变化。注意：这是针对弹性链形悬挂而言的问题与建议加强工程验收内容和要求；做到施工质量一次到位，强烈反对修修补补，好的弓网关系不是靠后期维护出来的而是靠设计和施工干出来的！三高速接触网与普速接触网的差异4运营维护方面的差异（1）在设计寿命期内，接触网设备基本达到免维护；（2）整个系统应采取合理防腐保护措施以达到较长的使用寿命，零件、绝缘子和部件应便于安装和更换；（3）电分段合理，便于开展各类接触网作业，而影响线路最少，并将抢修所造成的线路停运时间降到最低限度；（4）因温度变化引起的接触网状态变化不应对运营有所损害；（5）运营维护的工具和工艺现代化；（6）信息化管理。三高速接触网与普速接触网的差异接地方式不同轨道电路不同京津城际综合接地概述：综合接地系统主要由钢轨、保护线、综合贯通接地线、扼流圈、扼流圈中性点与接地线间的联结线和接地极等部分构成。综合贯通接地线在牵引变电所、AT所、开闭所、分区所处与地网连接；综合贯通接地线、保护线和钢轨每隔1～2km（1200m）相连接一次。保护线与支柱之间一般采用直接金属连接方式，主要用于构成保护跳闸回路和保证维修人员安全。综合贯通地线为牵引供电系统和其它专业共用。V型停电检修、抢修情况下接地方式

一般情况下，接触悬挂、正馈线、保护线均需停电并接地，地线的接地端子接在钢轨上。若只在接触悬挂部分作业，不侵入正馈线的安全距离（1000mm）时，正馈线、保护线可不接地。除执行上述规定外，其它参照“V型天窗接触网检修作业细则”四高速接触网的接触悬挂分类按承力索的有无分：简单悬挂和链形悬挂；按有无弹性吊索分：简单和弹性；按承力索的多少分：单链、双链、复链；按承导的相对位置分：直链、半斜链和斜链形；按补偿形式分：未补偿、半补偿、全补偿由以上各种形式的组合形成多种悬挂形式，如全补偿弹性单直链形悬挂(一般称全补偿弹性链形悬挂)，满足不同需求。四高速接触网的接触悬挂典型悬挂的结构典型悬挂的结构

接触网的三种悬挂方式（复链、弹链、简链）在高速客运专线中均有采用；

复链型悬挂的动态品质最为优越，最适合于高速运行，但其结构过于复杂，施工及运营维护不方便，投资偏大；

弹性链形悬挂能满足高速弓网受流要求，但接触线动态抬升量大，容易产生疲劳，技术关键在于弹性吊索的安装；需专门的安装测试工具，施工、运营及事故抢修较麻烦

简单链型悬挂能够满足高速弓网受流要求，但静态弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大。悬挂类型的技术经济比较简单链型悬挂和弹性链型悬挂的技术经济比较

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。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、运营维护和事故抢修较麻烦，同时弹链的稳定性不如简链。

京沪高速拟采用的悬挂方式(1)日本：新干线270km/h复链形悬挂；(60孤独的先行者)(2)法国：大西洋线300km/h简单链形悬挂；(80高速的新霸主)(3)德国：法兰克福-科隆50km/h弹性链形悬挂；(90后起之秀)(4)中国：秦沈客专试验线，（简链，弹链）试验速度325km/h，(03睡师初醒)京津城际简链郑西、武广客专弹链实际工程案例四高速接触网的接触悬挂国别日本法国德国意大利悬挂类型复链型简单链型弹性链型简单链型弹性链型弹性链型简单链型建设年代60年代90年代80年代初90年代80年代末90年代80年代末运营速度（km/h）270270~300270300250300~400250接触线Cu170CS110CdCu120SnCu150AgCu120MgCu1202×Cu150接触线张力(kN)1520142015272×15波动速度（km/h）414525412441426569382β值0.650.510.660.680.590.53~0.710.65实际工程应用四高速接触网的接触悬挂两条高速线均采用弹性链性悬挂，但除接触线和承力索相同外，接触网的结构参数除线材有较大的差别，如结构高度、最大跨距、最大锚段长度、弹性吊索长度、吊弦布置等。法兰克福～科隆系西门子公司设计，悬挂类型为SICATH1.0；纽伦堡～英格尔斯塔特系BB公司设计，悬挂类型为Re330。据西门子公司设计人员介绍，SICATH1.0是对Re330的优化结果，由于跨距的加大和结构高度的降低，使得接触网的投资更省。Re330SICATH1.0德国高速接触网悬挂方式马德里～巴塞罗那线，采用弹性链形悬挂，由BB西班牙分公司与西班牙本土设计人员共同设计，接触网结构参数如线材类型、结构高度、最大跨距、吊弦布置等均与德国Re330或SICATH1.0有很大的差异。EAC-350西班牙高速接触网悬挂方式罗马～那不勒斯高速线，采用简单链形悬挂，由BB意大利分公司与意大利本土设计人员共同设计。四高速接触网的接触悬挂意大利高速接触网悬挂方式地中海线，采用简单链形悬挂，相对于其它TGV线接触线张力有了明显的提高，以适应350km/h速度的需要。四高速接触网的接触悬挂法国高速接触网悬挂方式

锚段长度

<1400m(2*700m)

拉出值: 300mm

锚段关节: 5跨;线间距0,5m(绝缘锚段)0,2m(非绝缘锚段)

电爬距: 1400mmMessengerWireBzII12021kNMax.50(60)mContactWireRiM12027kN10mm²BzII101.60mMessengerWireBzII7015kNContactWireRis12015kNFLHauptgleiseFLNebengleise10mm²BzII101.60m中国京津接触悬挂世界首条高速铁路，1964，东京至大阪(东海道新干线)，515.4km，速度210km/h；接触网为复链形悬挂，其基本参数如下：承力索镉铜80，载流量320A，张力9.8kN；接触线硬铜110，载流量500A，张力9.8kN

，波动传播速度358km/h；回流线硬铜300，载流量600A，接触线在整个跨中的动态高差500。

日本高速接触网的悬挂类型日本高速接触网的悬挂类型

90年代，采用减少受电弓数量，母线相联及提高接触线张力等方法，将新干线的速度提高为270km/h，复链形悬挂，接触线SnCu170，波动传播速度为414km/h，β=0.65从2003年起日本也采用简单链形悬挂五高速接触网的定海神针

－接触线(1)机械强度高；(2)单位质量轻；(3)高温下机械强度降低率小于10%；(4)导电性能良好；80%以上(5)耐磨(6)防腐五高速接触网的定海神针－接触线难点和重点！研究结论：在120~140度，张力10kN情况下，接触线的抗拉强度不会突变，此时损坏接触线的主要机理是过度磨耗处或有缺陷处的塑性变形和低温材料蠕变；在温度100~140度，张力13~15kN情况下，电解铜中的微结构开始变化，持续30分钟情况下，变化不明显；在电流出入导线处、接触线可发生极度的微结构变化，接触线的再结晶区降低了它的抗拉强度，并可发生塑性变形的累积。对接触线造成累积伤害的是塑性变形，它是由于装有缺陷的连接组件处及温度超过180度处的应力超出弹性极限所造成的；改进方法：铜合金五高速接触网的定海神针－接触线接触线选型在电气方面应综合考虑的因素(1)根据设计所需最大载流量和接触导线允许载流量确定导线的载流面积；(2)要考虑过负荷电流，瞬时短路电流的热效应；(3)要考虑接触线磨耗到一定承度时的载流裕度；(4)若增大接触线载流面积，除考虑投资增加外，还应考虑接触线对受流性能的影响；（5）考虑承导之间的匹配。电气方面五高速接触网的定海神针－接触线

从国外高速客运专线接触线的使用情况来看，主要以锡铜和镁铜合金线为主。锡铜和镁铜线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述合金线则只有60%左右的导电率，且硬度较高，对施工要求也较高。五高速接触网的定海神针－接触线2.3．接触线锡铜和镁铜线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述合金线则只有60%左右的导电率，且硬度较高，对施工要求也较高。接触线型号CuSn150（0.2）CuMg150（0.2）CuMg150（0.5）CuMg120（0.5）直径（mm）14.514.514.512.85线密度（kg/m）1.3381.3341.3341.067200C时直流电阻（Ω/km）0.1650.1540.1910.239电阻率（x10-8Ωm）2.3952.242.2782.278线膨胀系数（x10-6/0C）17171717综合拉断力（kN）61.161.168.457抗拉强度（N/mm2）420420470490允许工作应力（N/mm2）187197220230允许工作张力（kN）28.129.633.127.6使用张力（kN）252531.527运营速度

V（km/h）350350350350波动传播速度

C（km/h）493493553573β值（=V/C）0.710.710.630.61安全系数(磨耗面积为20%，张力增量按5%考虑)1.861.861.651.61

说明：1）

接触线型号括号中的数值为合金含量的百分比。

2）

允许工作应力系按欧洲标准要求：接触线的允许工作应力应不超过其最小拉应力的65%，并考虑接触线允许工作温度、磨耗等系数。

3）

接触线的安全系数远小于我国《铁路电力牵引供电设计规范》的规定。350km/h铜锡线、铜镁线主要技术数据根据牵引供电计算结果，尽管京沪高速牵引网采用AT供电方式，接触网仍需满足1000A左右的载流要求。在高速接触网的承力索（一般为铜合金绞线）截面不宜大于120mm2的条件下，接触线需采用150mm2的铜合金线。材质虽然含镁量为0.5%的铜镁合金接触线允许工作张力很大（可达33.1kN）、耐磨性能非常卓越，但因其硬度太高，一方面对施工放线机械的要求高、投资大，另一方面施工放线过程中易产生难以校直的硬弯，影响弓网受流质量，故京沪高速不推荐采用。含锡量为0.2%的铜锡合金线和含镁量为0.2%的铜镁合金线在法国地中海线（最高运行速度350km/h）均有应用，两者的硬度适中，机械性能和电气性能相当。日本目前正在试挂PHC，中国目前也在研制。

350km/h接触线截面选择

京沪高速接触网各种导线的选