高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性主講人董昭德西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院2012.11.04成都4318主研方向：接觸網(wǎng)基礎(chǔ)理論；接觸網(wǎng)信息化與智能化；接觸網(wǎng)運(yùn)營與管理；接觸網(wǎng)檢測技術(shù)。主要成果：鐵道部科技進(jìn)步三等獎。電話13388185708028－87600738（市電）;061－60738（路電）;郵箱：dongzhaode@126.com辦公室：電氣館3428；QQ：823135266主講老師簡介董昭德－－西南交通大學(xué)電氣學(xué)院高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性一接觸網(wǎng)的基本存在形式二高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性三高速鐵路接觸網(wǎng)與普速鐵路接觸網(wǎng)的主要區(qū)別主要內(nèi)容一接觸網(wǎng)的定義與分類1定義

電氣化軌道交通所特有的、沿路軌架設(shè)的、為電氣列車提供牽引電能的特殊供電線路，是電氣化軌道交通牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性接觸網(wǎng)是指通過與安裝在無源電動車上的集電器滑動接觸，完成電能輸送的機(jī)電系統(tǒng)。廣義：接觸軌和架空接觸網(wǎng)接觸軌分為：第三軌和第四軌英文：ContactLine狹義：架空接觸網(wǎng)英文：OverheadContactSystem

架空接觸網(wǎng)包括：剛性架空接觸網(wǎng)和柔(彈)性架空接觸網(wǎng)特殊接觸網(wǎng)：可移動，可上下升降，可在特殊情況下斬斷普速：160km/h以下；準(zhǔn)高速:160km/h~200km/h；高速:200km/h以上.2接觸網(wǎng)的分類

1985年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會在日內(nèi)瓦簽署的國際鐵路干線協(xié)議規(guī)定：新建客運(yùn)專用型高速鐵路時速為300公里；新建客貨運(yùn)混用型高速鐵路時速為250公里。歐洲將新建時速250公里到300公里的鐵路，舊線改造時速200公里以上的鐵路稱為高速鐵路。應(yīng)用：城軌交通接觸網(wǎng)，電氣化鐵路接觸網(wǎng)高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類按安裝位置分：地面軌；架空軌；按與取流靴的位置分：上磨式；下磨式；側(cè)磨式；按牽引回流路徑分：第三軌供電+走行軌回流第三軌供電+第四軌回流。接觸軌主要應(yīng)用于城市軌道交通,具有:(1)占用凈空少;(2)維修工作量少;接觸軌高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類

剛性架空接觸網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占用凈空小、維護(hù)方便的特點，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通的地下線路，它有“T型匯流排+接觸線”和“II型匯流排＋接觸線”兩種形式。

T型匯流排需用匯流排線夾夾持接觸線，結(jié)構(gòu)較型匯流排復(fù)雜，零件多，單位重量重。重慶輕軌的“T”型匯流排接觸網(wǎng)高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類

II型匯流排結(jié)構(gòu)緊奏，它通過自身彈性夾持接觸線，零件較少，應(yīng)用較多；移動式接觸網(wǎng)剛性架空接觸網(wǎng)高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類昆明移動式接觸網(wǎng)高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類

柔性架空接觸網(wǎng)具有較好的彈性，廣泛應(yīng)用于干線電氣化鐵路和城市軌道交通中，由于電壓等級和電流制式不同，電氣化鐵路接觸網(wǎng)和城市軌道交通接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和要求不完全相同，由于直流接觸網(wǎng)電流很大，一般采用雙接觸線和雙承力索。電氣化鐵路接觸網(wǎng)高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性2接觸網(wǎng)的分類城軌交通中的架空柔性接觸網(wǎng)

由于城軌交通采用DC1500V或DC3000V供電，網(wǎng)中流過的牽引電流很大（3000A左右），所以柔性架空接觸網(wǎng)一般采用兩根接觸線、四根硬銅絞線（載流承力索和輔助饋線）、一根架空地線，結(jié)構(gòu)比電氣化鐵路接觸網(wǎng)復(fù)雜一些。高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性課間休息！

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

環(huán)境復(fù)雜性（1）空間環(huán)境（2）氣候環(huán)境（3）電磁環(huán)境

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性（1）空間環(huán)境內(nèi)空間環(huán)境：與受電弓及列車的幾何關(guān)系外空間環(huán)境：架空電力線；通訊線；橋隧及涵洞；動植物及文化古跡。（2）氣候環(huán)境大氣溫度、濕度、冰雪、大風(fēng)、大霧、污染、雷電等。線索弛度；線索張力；懸掛彈性；空間位置；絕緣強(qiáng)度；載流能力；磨耗關(guān)系；支柱負(fù)載。高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

環(huán)境復(fù)雜性（1）空間環(huán)境（2）氣候環(huán)境（3）電磁環(huán)境

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性（1）空間環(huán)境內(nèi)空間環(huán)境：與受電弓及列車的幾何關(guān)系外空間環(huán)境：架空電力線；通訊線；橋隧及涵洞；動植物及文化古跡。（2）氣候環(huán)境大氣溫度、濕度、冰雪、大風(fēng)、大霧、污染、雷電等。線索弛度；線索張力；懸掛彈性；空間位置；絕緣強(qiáng)度；載流能力；磨耗關(guān)系；支柱負(fù)載。氣候三要素：溫度、風(fēng)、覆冰。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性（2）氣候環(huán)境溫度對接觸線抗拉強(qiáng)度的影響接觸網(wǎng)在隧道內(nèi)的計算溫度取值曲線大氣溫度、濕度、冰雪、大風(fēng)、大霧、污染、雷電等。

氣候三要素對接觸網(wǎng)的不良作用

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性（2）氣候環(huán)境大氣溫度、濕度、冰雪、大風(fēng)、大霧、污染、雷電等。覆冰對架空導(dǎo)線的破壞作用（a）垂直荷載;（b）水平荷載;（c）縱向荷載;（d）振動荷載;（e）不同期脫冰或不均勻覆冰事故;（f）絕緣子串冰閃事故;（g）導(dǎo)線覆冰舞動事故.

氣候三要素對接觸網(wǎng)的不良作用

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性（2）氣候環(huán)境大氣溫度、濕度、冰雪、大風(fēng)、大霧、污染、雷電等。風(fēng)對架空導(dǎo)線的破壞作用（a）增加接觸網(wǎng)的水平附加負(fù)載；（b）造成接觸網(wǎng)的舞動；（c）嚴(yán)重時會吹斷線和支柱，（d）造成高低壓線的電氣短路。

氣候三要素對接觸網(wǎng)的不良作用

風(fēng)無論在垂直方向還是水平方向受到約束，風(fēng)速都將增大。

垂直約束在風(fēng)超過山岳等時發(fā)生，此時風(fēng)速會增大50%左右。

根據(jù)日本風(fēng)洞試驗，在路堤處同樣存在垂直約束，使風(fēng)速相對增大，在接觸網(wǎng)接觸懸掛高度附近，可達(dá)到平地處同樣高度風(fēng)速的1.2~1.5倍,其上吹角也從10度達(dá)到15度。

水平約束常發(fā)生在山峽，埡口地帶。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

環(huán)境復(fù)雜性（1）空間環(huán)境（2）氣候環(huán)境（3）電磁環(huán)境（3）電磁環(huán)境復(fù)線直供加回流，距軌面1.2m時的理論值和實測值

接觸網(wǎng)屬于典型的非對稱性高壓輸電線路，存在不平衡的電磁場，會對處于其影響范圍之內(nèi)的電子設(shè)備和人體會產(chǎn)生不良的電磁作用，必須采取合理有效的技術(shù)措施，將接觸網(wǎng)的電磁影響控制在允許范圍之內(nèi)，確保在設(shè)計條件下不會對人員和設(shè)備造成傷害。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性對電子設(shè)備的危害強(qiáng)電磁干擾：電子設(shè)備PN結(jié)快速升溫，直接影響設(shè)備的正常工作，使信息失誤，控制失靈，引發(fā)各種事故。軍事上：電子戰(zhàn)、系統(tǒng)癱瘓、武器自爆；

電磁脈沖核爆：(50~100kV/m)三無世界對燃油、燃?xì)獾奈：?/p>

頻率2MHz~13MHz，100W

11~75m，爆炸；

24MHz~32MHz場強(qiáng)達(dá)到37V/m，引起電弧和電火花放電引起燃油爆炸；運(yùn)輸過程中燃油在車罐內(nèi)晃動摩擦?xí)斐呻姾煞e累，發(fā)生靜電放電，只要燃油蒸氣和空氣的混合比例滿足一定條件，就會引起爆炸。

（3）電磁環(huán)境二接觸網(wǎng)的特性

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

環(huán)境復(fù)雜性

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性

由于弓與網(wǎng)間的特殊配合關(guān)系，接觸網(wǎng)無備用；

無備用特性決定了接觸網(wǎng)的唯一性、脆弱性和重要性；

唯一性：是牽引供電系統(tǒng)向電氣列車提供電能的唯一機(jī)電系統(tǒng)；

脆弱性：長期處于露天環(huán)境中，性能和壽命受到天氣因素的嚴(yán)重影響；

重要性：一旦出現(xiàn)故障就會影響整個鐵路運(yùn)營，影響電氣化鐵路運(yùn)輸組織和效率；影響乘客旅途生活和生命安全。

方法：應(yīng)盡可能地提高接觸網(wǎng)設(shè)備的可靠性，加強(qiáng)現(xiàn)代技術(shù)在接觸網(wǎng)運(yùn)營工作中的應(yīng)用，實現(xiàn)接觸網(wǎng)智能化。

無備用性

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

接觸網(wǎng)的線索和設(shè)備必須具備相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，才能滿足拉、壓、剪、扭等力學(xué)性能以及波動、振動、彈性、疲勞等方面的動態(tài)性能；必須具備相當(dāng)?shù)碾姎庑阅懿拍軡M足牽引供電需求，機(jī)電任何一方的缺陷或不足都會降低弓網(wǎng)受流質(zhì)量，甚至不能完成電能傳輸，因此，接觸網(wǎng)具有典型的機(jī)電復(fù)合特征。

機(jī)電復(fù)合性

環(huán)境復(fù)雜性

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性接觸網(wǎng)波動速度、列車運(yùn)行速度與接觸線振動關(guān)系示意圖

接觸網(wǎng)的本質(zhì)是高壓電力輸電線，對載流容量、電氣強(qiáng)度、電壓水平、絕緣安全等有來格要求；

為消除溫度變化對接觸網(wǎng)線索弛度和張力的影響提高接觸網(wǎng)動態(tài)性能(如波動傳播速度等)，對接觸線和承力索施加有較大的補(bǔ)償張力；

接觸網(wǎng)線索和支撐設(shè)備還要承載冰雪和風(fēng)產(chǎn)生的附加負(fù)載，

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

負(fù)荷隨機(jī)性

環(huán)境復(fù)雜性

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性某饋線電流時間曲線

接觸網(wǎng)承擔(dān)的電力牽引負(fù)荷是高速移動的、不穩(wěn)定的、隨機(jī)的，從下圖可知，對于某一特定區(qū)段的接觸網(wǎng)而言，負(fù)荷是隨機(jī)的、時有時無，網(wǎng)中電流可在0~1400A之間變化。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性二接觸網(wǎng)的特性

學(xué)科交叉性

環(huán)境復(fù)雜性

無備用性

機(jī)電復(fù)合性

負(fù)荷隨機(jī)性

學(xué)科交叉性

弓網(wǎng)受流是在大耦合條件下完成的；

大耦合是指線路(橋、隧)、軌道、車輛、受電弓、接觸網(wǎng)、大氣環(huán)境等眾多因素的作用均集中到了弓網(wǎng)受流這一問題上，換句話說，弓、網(wǎng)和弓網(wǎng)系統(tǒng)的工程設(shè)計、制造(施工)和運(yùn)營維護(hù)必須綜合考慮線路(橋、隧)、軌道、車輛、受電弓、接觸網(wǎng)、大氣環(huán)境等各種因素；

弓網(wǎng)受流涉及土木工程（線路、橋、隧、軌道），機(jī)車車輛、牽引供電、材料工程等專業(yè)，

弓網(wǎng)受流涉及土壤力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、波動學(xué)、彈性力學(xué)、高電壓工程、牽引供電分析、檢測技術(shù)、信息工程、計算技術(shù)（參數(shù)檢測、弓網(wǎng)仿真、狀態(tài)評估、設(shè)計施工、運(yùn)營管理）等眾多專業(yè)知識，

弓網(wǎng)受流的理論研究和工程實踐沒有單一性，必然是復(fù)合的和交叉的，這就是接觸網(wǎng)的學(xué)科特性。

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高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性總體而言弓網(wǎng)四個層次

1）幾何關(guān)系；2）結(jié)構(gòu)匹配；3）動靜態(tài)品質(zhì)；4)材料要求。三高速接觸網(wǎng)和普速接觸網(wǎng)的基本區(qū)別

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性（1）設(shè)備方面（2）結(jié)構(gòu)方面（3）狀態(tài)參數(shù)方面（4）線索方面（5）弓網(wǎng)關(guān)系方面

設(shè)計條件

基本結(jié)構(gòu)

側(cè)重角度

運(yùn)營環(huán)境

維護(hù)方式具體體現(xiàn)

基本結(jié)構(gòu)與設(shè)備三高速接觸網(wǎng)和普速接觸網(wǎng)的基本區(qū)別

設(shè)計條件

設(shè)計條件

基本結(jié)構(gòu)

側(cè)重角度

運(yùn)營環(huán)境

維護(hù)方式

環(huán)境溫度不同；

基本結(jié)構(gòu)風(fēng)速和基本運(yùn)行風(fēng)速；

補(bǔ)償張力不同；

供電方式。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性三高速接觸網(wǎng)和普速接觸網(wǎng)的基本區(qū)別

基本結(jié)構(gòu)

設(shè)計條件

基本結(jié)構(gòu)

側(cè)重角度

運(yùn)營環(huán)境

維護(hù)方式

支柱；

支持與定位；

懸掛與線索；

接地方式。

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性三高速接觸網(wǎng)和普速接觸網(wǎng)的基本區(qū)別

高速鐵路接觸網(wǎng)的基本特性線材名稱線材用途材料名稱線材規(guī)格額定張力（kN）承力索正線銅合金絞線JTMH12020動車段線銅合金絞線JTMH7015站線、聯(lián)絡(luò)線及動車組走行線銅合金絞線JTMH9515接觸線正線銅合金線CTMH150350km/h：31.5聯(lián)絡(luò)線及動車組走行線銅錫合金線CTS12015站線銅錫合金線CTS12015動車段線銅錫合金線CTS8510簡單懸掛簡單鏈形懸掛（法國）復(fù)鏈形懸掛（日本）彈性鏈形懸掛（德國）世界高鐵典型接觸懸掛世界高鐵典型接觸懸掛日本帶彈性阻尼吊弦的復(fù)鏈形懸掛日本重型復(fù)鏈形接觸網(wǎng)示意圖世界高鐵典型接觸懸掛

Re250接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

Re330彈性鏈形懸掛接觸網(wǎng)世界高鐵典型接觸懸掛法國大西洋線接觸網(wǎng)法國瓦朗斯(VALENCE)~馬塞(MARSEILLE)高速接觸網(wǎng)世界高鐵典型接觸懸掛中國京津城際客運(yùn)專線簡單鏈形懸掛中國京滬高鐵試驗段采用的彈性鏈形懸掛三高速接觸網(wǎng)和普速接觸網(wǎng)的基本區(qū)別

側(cè)重角度

設(shè)計條件

基本結(jié)構(gòu)

側(cè)重角度

運(yùn)營環(huán)境

維護(hù)方式

振動與波動；

大電流帶來的問