环形试验线接触网改造设计

刘长志

0 引言

北京东郊现有周长为9 km的综合性高速环形试验线路，供铁路运输装备、线路装备、通信信号设备、牵引供电系统进行试验和检验用。中铁第五勘察设计院集团有限公司承揽了试验线的改造设计工作，部分线路采用法国TGV铁路接触网方案，法国国家铁路公司（SNCF，下文简称法铁）负责TGV铁路接触网方案绝缘子以内零件（含吊弦）的供货，在长达一年半的项目策划、实施过程中，该单位与法国技术人员通力合作，克服困难，圆满完成了环行试验线的改造。

1 主要设计思路

在既有的铁科环形试验线上改造 2 km接触网，图 1为锚段关节设计图，左锚段按照国内350 km/h设计标准设计，右锚段按照法铁V350设计标准设计。按照国内时速350 km设计标准时，采用全补偿弹性链形悬挂，为德国标准悬挂形式接触网；按照法铁V350设计标准时，采用全补偿简单链形悬挂，为法国标准悬挂形式接触网。全线导线高度为5500 mm，结构高度为1600 mm。设计线路试验速度要求达到 160 km/h，设计标准按照350 km/h进行设计。接触网设计满足各种受电弓取流试验。具体参数见表1。

表1 不同设计标准下的接触网参数表

2 设计存在的问题

由于铁科环形试验线是在既有双承力索、双接触线基础上的改造工程，需要兼顾国内 350 km/h设计标准与法铁V350设计标准，对现有的场地设计存在以下困难：

（1）如何在有限线路范围内，将国内350 km/h设计标准与法铁V350设计标准表现出来，也就是锚段如何划分。

（2）国内350 km/h设计标准与法铁V350设计标准，如何确定2套完全不同体系的参数。需要解决由于结构高度不同导致支柱预留孔不同，由于腕臂的尺寸不同导致绝缘子的配套等问题。

（3）对于这2种不同标准进行道岔设计是一个难题。

3 采用OSCAR动态模拟确定技术参数

高速受电要求接触网在最高行车速度和更大的速度变化范围内能保证正常供电，应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力，对接触网的结构和布置应有更高的要求，需要动态模拟软件进行技术参数模拟分析，弓网系统必须满足欧洲标准（EN50119、EN50317、EN50318、EN50367）。

结合高速铁路的特点，采用动态模拟（OSCAR）软件进行高速弓网模拟是提高运行可靠性的保证，OSCAR已应用在创造最高速度记录（574.8 km/h）的设计中。

4 法铁接触网设计的关键点

4.1 道岔

道岔设计为导向悬挂的无交叉布置方式，导向接触悬挂位于正线和侧线接触悬挂之间，在道岔岔心附近区域导向接触线始终与受电弓接触，使得受电弓平稳地从侧线过渡到正线或从正线过渡到侧线，减小对正线接触网的冲击，导向接触线亦不会出现非正常的磨损，该布置方式对速度适应性更好，弓网受流性能更佳。

4.2 接触线上无螺栓固定

法铁以前使用螺母+防松螺母（或锥形垫片），目前使用无螺栓固定（图2）。达到重量最小，优化动态行为；安装快捷，方便，不会产生安装错误（与螺栓紧固线夹相比）；高可靠性（没有松动或者与受电弓碰撞的危险，无螺栓紧固不存在扭矩太大，线夹开裂，扭矩太小脱线的故障）。

图2 无螺栓线夹例图

4.3 补偿装置

采用滑轮张力补偿装置，一般采用5个滑轮将重力传输到接触悬挂上成为水平拉力，采用该方式结构简单、成本低、效率最佳（99%）、安装方便、维护少（每10年进行一次润滑），安全可靠，缺点是没有坠落保护装置。

4.4 电连接

仅在锚段关节使用电连接，最大限度地取消电连接数量，避免电连接形成硬点，接触网接线的电连接增加磨损速度和事故的风险，采用无螺栓线夹减少受电弓碰弓危险，避免因螺栓扭矩的大小而影响线夹性能，通过设计保证了所有线夹的一致性。

4.5 弹性吊索

使用弹性吊索的目的是使跨中心处和悬挂点附近的弹性保持一致。法国工程师认为速度超过250 km/h时，受流质量与弹性均匀度关系不大，其主要取决于接触线的振动，取消弹性吊索，合理布置吊弦，提高接触线的张力，虽然跨中弹性均匀度不是很好，但较大的接触线张力足以保证高速受流的质量。取消弹性吊索可以避免产生硬点，减小磨损，降低事故风险和移动荷载。

5 法铁接触网零部件

5.1 腕臂系统和连接材料

腕臂采用冷拔镀锌钢管，与支撑件之间的连接件采用铸件，通电部分的连接件采用铝青铜铸件。镀锌钢管具有高可靠性，良好的耐腐蚀性，较低的成本。铝青铜铸件与钢之间有非常低的电偶，不需要导电线，具有非常良好的耐腐蚀性，转动处铝青铜具有良好的耐磨性（铝铸件没有耐磨性），伸长率达到 20%，其伸长率接近常用的 Q235（25%），而铸铝件只有 8%，同时铝青铜铸件的强度σb（550 MPa）＞Q235（375～500 MPa）＞ZL101A（314 MPa），因此在转运与安装中不存在断裂失效现象（图3）。

图3 法国腕臂安装图

5.2 定位器

使用压接头的铝定位器，减少接触线上的承重量，定位器的形状允许适应受电弓不同的机械尺寸（抬升和摆动），无需限位块，避免了产生硬点。

5.3 吊弦电连接

吊弦电连接需要同时实现铰接和导电，电缆和压接套管的过渡区需要特别注意导流环能够自由运动，并承受随机载荷。采用无螺栓固定设计，安装快捷，方便，不会产生安装错误（与螺栓紧固线夹相比），可靠性高（没有松动或者与受电弓碰撞的危险，无螺栓紧固不存在扭矩太大线夹开裂，扭矩太小脱线的故障）。

6 结语

随着2010年8月铁科环形试验线改造项目的启动，2012年1月完工并投入运营，通过2年多的沟通交流，将法铁的标准、设计理念进行消化、吸收，其中的一些优点若能获得国内电气化的设计、施工借鉴，并将应用至其他电气化线路中，也就达到抛砖引玉的目的。文章中有不妥之处，敬请批评指正。

[1]Kießling, Puschmann, Schmieder.电气化铁道接触网[M].中铁电气化局集团译.北京：中国电力出版社，2004.

[2]西南交通大学. 接触网设计及检测原理[M]. 北京：中国铁道出版社，1991.

[3]电气化工程局. 电气化铁道设计手册-接触网[M]. 北京：中国铁道出版社，1983.