接触网基础知识

《接触网基础知识》第一节接触网认识一、电气化铁道的组成1958年，我国开始修建电气化铁路，1961年8月15日我国第一条干线电气化铁路试验区段宝鸡至凤州段建成通车。1975年7月1日宝成电气化铁路电气化铁路全线建成通车。电气化铁路的组成：电气化铁路是由电力机车、牵引接触网、牵引变电所及轨道回路组成。二、供电方式接触网上的额定电压为25KV，由于供电距离较长，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗，使接触网末端电压降低。为了让接触网末端电压不低于电力机车的最低工作电压，要求两牵引变电所之间的距离一般为40-60KM，具体位置需经供电计算确定。牵引供电系统的供电方式：①直接供电方式：是指牵引变电所输出的电能直接通过接触网输送给电力机车，牵引电流通过钢轨或大地返回牵引变电所；②BT供电方式：在牵引供电系统中加装吸流变压器——回流装置的供电方式称为BT供电；③AT供电方式：AT供电方式是在牵引网中增设自耦变压器和正馈线的供电方式。该供电方式是沿接触悬挂并行架设一条正馈线（AF线）每隔10KM设一台自耦变压器。自耦变压器并联在接触悬挂和正馈线之间。其特点是供电距离长，结构复杂，造价高；④直供加回流供电方式。是指牵引变电所输出的电能直接通过接触网输送给电力机车，牵引电流通过钢轨，回流线或大地返回牵引变电所。图l供电系统图1—输电线；2—牵引变电所；3—馈电线；4一接触线；5一电力机车；6—钢轨三、接触网的组成接触网定义：接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路。接触网的组成：由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等几部分组成。第二节接触悬挂一、接触悬挂的分类。接触悬挂分为简单悬挂和链型悬挂两种类型。简单悬挂不设承力索，是直接将接触线悬吊固定在支持装置上的一种悬挂形式。因为没有承力索，接触线驰度较大，弹性不均匀，悬挂稳定性差不适合高速运行的要求，目前已不采用。链型悬挂是指在接触线上方设有承力索，接触线通过吊弦悬挂在承力索上的悬挂形式。这是电气化铁路广泛采用的悬挂类型。链型悬挂按悬挂点处的吊弦形式、下锚方式、接触线和承力索的相对位置分为一下几种类型：1-1、按悬挂点处吊弦形式分为：简单链型悬挂和弹性链型悬挂。（a）图简单链型悬挂（b）图弹性链型悬挂（1）简单链型悬挂在悬挂点处采用整体吊弦，如图a所示（2）弹性链型悬挂在悬挂点处采用弹性吊索和整体吊弦，如图b所示1-2、按下锚方式分类：链型悬挂按下锚方式分为：无补偿链型悬挂，半补偿链型悬挂，全补偿链型悬挂。无补偿链型悬挂下锚也叫硬锚。接触悬挂的承力索和接触线通过绝缘子直接固定在支柱上。半补偿链型悬挂下锚承力索为硬锚，接触线通过张力补偿装置下锚。目前较少采用。全补偿链型悬挂下锚是接触线和承力索均通过张力补偿装置固定到支柱上。当温度变化时，补偿装置自动调整，保证线索张力和驰度不变。如图a无补偿下锚b半补偿下锚c全补偿下锚1-3按接触线和承力索相对位置分类按接触线和承力索相对位置可分为直链形悬挂，半斜链形悬挂，斜链形悬挂三种形式。直链形悬挂是承力索和接触线布置在同一垂面内。半斜链形悬挂是将承力索布置在线路中心的正上方，接触线呈“之”字形布置。斜链形采用较少，不再具体讲述。二、接触悬挂的线索1、接触线接触线是直接和受电弓滑板相接触并摩擦的，电力机车从接触线上取得电能。因此，接触线既要有足够的机械强度又要有良好的电气性能。接触线制成带沟槽的圆柱状，沟槽便于安装线夹，固定接触线又不影响受电弓取流。接劁线底面与受电弓接触的部分呈圆弧状。图3-1铜接触线截面（一）铜接触线1．根据截面积不同，目前使用较多的有CTM-150、CTS-120、TCG-85三种。其符号意义：TCG表示铜接触线，CTS表示铜锡合金接触线，CTM表示铜镁合金接触线。150、120、85表示接触线的截面积。形状如图3-1所示。（二）银铜合金、镁铜合金接触线银铜合金接触线与铜接触线相比具有热软化特性高，耐高温的特点。从而适合于大电流及最高时速250km/h的运行条件，镁铜合金线应用于更高速场合下。结构如图3-2所示图3-2镁铜合金接触线结构示意图（三）接触线2、承力索承力索的作用是通过吊弦将接触线悬挂起来。要求承力索能够承受较大的张力和具有抗腐蚀能力，并且在温度变化时弛度变化较小。（一）铜承力索铜承力索导电性能好，可做牵引电流的通道之一，和接触线并联供电，降低压损和能耗，且抗腐蚀性能高。但铜承力索消耗铜多，造价高且机械强度低，不能承受较大的张力，温度变化时弛度变化也大。规格型号有TJ-95、TJ-120等几种。TJ表示铜绞线，数字表示截面积。铜承力索截面图3、吊弦吊弦是链型悬挂中承力索与接触线间的连接吊索。吊弦的作用在链形悬挂中，利用调节吊弦的长短来保证接触悬挂的结构高度、接触线的弛度、接触线距轨面的高度；以及线岔处的水平、抬高，改善接触悬挂的弹性，调整接触线的弛度，保证接触线与受电弓良好接触，提高电力机车受电弓取流质量。吊弦是不应有电流通过的，如发现吊弦有温升、发红或烧伤就说明该段接触网正常导流有问题。二、吊弦分类吊弦一般分为普通环节吊弦、弹性吊弦、整体吊弦和滑动吊弦四种。（一）普通吊弦普通吊弦是指链形悬挂跨距中内所用的吊弦。用Φ4.0mm镀锌铁线制成，一般由二节或三节连在一起，故又称环节吊弦。制作环节吊弦前，应将Φ4.0mm镀锌铁线拉伸后再下料，两端环孔形状应做成滴水珠形，环的直径为线径的5～10倍(20～40mm)，环孔收口处缠绕两圈半至三圈，多余部分截去，每节吊弦两端环孔应互相垂直。其结构如图7-1所示。普通吊弦最下面的一节应预留有穿过接触线吊弦线夹后回头(约300mm)的长度。现代化电气化铁路大多已不采用。图7-1普通吊弦结构图（二）弹性吊弦为改善悬挂点处的弹性，使接触悬挂弹性均匀，在支柱悬挂点处安装一根吊索和两根整体吊弦，这样的结构形式称为弹性吊弦。吊索采用TJ-35型铜合金绞线。弹性吊弦有利于消除定位点处接触线的硬点，改善定位处悬挂的弹性。如图7-2所示。图7-2-承力索；2-吊索；3-整体吊弦；4-接触线。（三）整体吊弦我国以前大量采用的是Φ4.0mm铁线的环节式吊弦，其存在的主要问题首先是耐腐蚀性差，使用寿命短，其次是强度低，安全裕度小，再者，当受电弓通过导线抬升时在环节处造成吊弦线磨损，产生电火花烧伤，另外环节式吊弦一般采用现场调整吊弦长度来调整接触线高度。根据京郑线上台阶的要求，结合国外的运行经验，在施工中，首次在正线上采用整体吊弦。在吊弦线的材质上使用机械强度高、耐腐蚀性强的铜合金绞线，增长使用寿命，同时线材与线夹的连接改用压接工艺，具有连接可靠，同时采用扼流圈，将吊弦与线索进行短接，整体性好，在电气上没有环节的断点，避免了磨损及电火花烧伤。确保了可靠的电气连接和防护措施，吊弦的长度根据不同的跨距和悬挂点高度利用专门的计算软件进行计算、预制的，使接触网处于受控状态。施工安装一次到位，通常不需再进行调整，因此可大大提高接触悬挂的运行可靠性，为运营的少维修无维修创造条件，可调与不可调整体吊弦示意图，如图7-5、7-6、7-7所示。图7-5整体不可调吊弦结构图图7-6铜合金载流可调整体吊弦图7-7整体可调吊弦结构图主要安装标准：铜合金整体吊弦一般采用截面积为10mm2带心形环的铜合金整体式吊弦。整体吊弦的下料、测量、制作宜工厂化，采用整体吊弦制作专用平台。整体吊弦的制作长度误差不超过±1.5mm。定位线夹螺栓穿向符合设计要求。整体吊弦的安装位置测量应从悬挂点向跨中进行，偏差应积累在跨‘中，最大偏差不得超过±50mm;吊弦应竖直安装，顺线路方向允许偏斜不得超过20mm。吊弦顺线路方向的安装位置误差：±100mm。（四）滑动吊弦在极限温度下安装普通吊弦、弹性吊弦，若其偏斜角超过允许范围，就要采用滑动吊弦。如：在隧道内因受净空高度的限制，接触网结构高度较小，吊弦较短，偏斜角易超过允许范围，所以在隧道内多采用滑动吊弦。所谓滑动吊弦就是吊弦的一端可沿线路方向移动，其形式多种多样。如图7-4所示。图7-4铜合金不可调滑动整体吊弦第三节支柱一、支柱按材质分类接触网支柱按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢柱两大类。一般在区间及站场单根定位，五股道及以下的软横跨以及25m以下硬横梁支柱采用钢筋混凝土支柱，五股道以上的软横跨支柱，桥梁以及25m以上硬横梁支柱采用钢柱。（一）预应力钢筋混凝土支柱预应力钢筋混凝土支柱一般简称为钢筋混凝土支柱，现场又称水泥支柱。预应力钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，具有节省钢材、强度大、成本低、寿命长等优点。主要缺点是支柱较笨重，且经不起碰撞，因此在运输和施工中应小心谨慎。钢筋混凝土支柱从外形上可分为矩形横腹板支柱和等径圆支柱两种。矩形横腹板支柱便于攀登，利于维修和检查，但在安装时受方向性限制。等径圆支柱安装时不受方向性限制，且受力均匀，但等径圆支柱不利于攀登检查和维修。按使用场合又有普通支柱、软横跨支柱和硬横梁支柱之分。普通支柱结构见图2-1，软横跨支柱见图2-2。混凝土横腹杆结构图L1L2L3abdcLH38～93柱外型d图2-13000abdc155001600H170柱外型4000100图2-2图2-5混凝土等径圆杆结构图在选择使用钢筋混凝土支柱时，要根据其使用的场合而定。在选择时，由于腕臂支柱不具有顺线路方向的容量，不能用来代替锚柱。腕臂支柱分带预留孔的和不带预留孔的。选择时，应根据所采用的腕臂、拉杆底座而定。选择什么样的支柱，应充分考虑其使用场合，不能盲目选择。（二）钢柱：（见图2-3、2-4）钢柱是用工字形钢、槽钢或角钢制成，我国一般用角钢、工字钢。图2-3桥钢柱外形结构图abdcLbdac13m钢柱结构图图2-4H型钢柱（三）各种支柱表示方法和意义：1、钢筋混凝土93钢筋混凝土支柱的符号意义：H9.2+3.0H-钢筋混凝土支柱；93-支柱容量(kN.m)；9.2-为支柱露出地面的高度（m）3.0-为支柱埋入地下的深度（m），分母9.2M为支柱露出地面的高度，3.0M为支柱埋入地下的深度。78-250用于下锚支柱：H9.2+378——垂直线路方向的支柱容量(kN.m)；250——顺线路方向的支柱容量(kN．m)。9.2——为支柱露出地面的高度（m）3——为支柱埋入地下的深度（m）2、等径圆杆（见图2-5）100钢筋混凝土圆柱：Φ400GQ10.5+1.5Φ400-直径为400mm的等径支柱；GQ-高强度混凝土；分子100-支柱容量(kN-m)；分母10.5-支柱露出地面的高度(m)；分母1.5-支柱埋人基础的深度(m)。钢柱圆杆：GY-2Gg-2GY-硬横跨钢柱；Gg-钢管柱；2-支柱型号。3、钢柱G-普通钢柱；X-斜腿钢柱；Gs一双线路腕臂钢柱；Gm一带拉线钢锚柱；Gf-分腿式下锚钢柱。5G9.5分子：5-垂直线路方向的支柱容量(×10kN-m)；G-钢柱的符号；分母9.5-钢柱的高度(m)。25-4.8G1525-垂直于线路方向能承受的力矩(×10KN.m)；4.8-顺线路方向能承受的力矩(×10kN.m)15-为支柱高度(m)。二、支柱按用途分类接触网支柱按其用途可分为中间柱、转换柱、中心柱、锚柱、定位柱、道岔柱、软横跨柱、硬横梁和桥梁柱等，如图所示。中间柱锚柱锚柱转换柱中心柱中间柱道岔柱定位柱硬横跨柱软横跨柱各类支柱布置图1．中间柱在区间和站场都有使用，它仅承受工作支接触悬挂的重力和风作用于悬挂上的水平力上面仅悬挂一支接触悬挂。2．锚柱在锚段关节处或其他接触悬挂下锚的地方采用。承受两个方向的负荷，在垂直线路方向上起中间柱作用，在平行线路方向上承受接触悬挂下锚的全部拉力。3．转换柱位于锚段关节处两锚柱之间，承受接触悬挂下锚、非工作支和工作支的重力和水平力。4．中心柱在四跨锚段关节位于两转换之间的支柱称为中心柱，同时承受两工作支接触悬挂的重力和水平力，并使两工作支在此定位处呈水平（等高）状，且线间的距离符合要求，电力机车受电弓在此进行锚段转换。5．定位柱及道岔柱多用于站场两端，定位接触线拉出值、线岔交叉点符合要求，保证受电弓正常接触取流