環形試驗線接觸網改造設計

劉長志

0 引言

北京東郊現有周長為9 km的綜合性高速環形試驗線路，供鐵路運輸裝備、線路裝備、通信信號設備、牽引供電系統進行試驗和檢驗用。中鐵第五勘察設計院集團有限公司承攬了試驗線的改造設計工作，部分線路采用法國TGV鐵路接觸網方案，法國國家鐵路公司（SNCF，下文簡稱法鐵）負責TGV鐵路接觸網方案絕緣子以內零件（含吊弦）的供貨，在長達一年半的項目策劃、實施過程中，該單位與法國技術人員通力合作，克服困難，圓滿完成了環行試驗線的改造。

1 主要設計思路

在既有的鐵科環形試驗線上改造 2 km接觸網，圖 1為錨段關節設計圖，左錨段按照國內350 km/h設計標準設計，右錨段按照法鐵V350設計標準設計。按照國內時速350 km設計標準時，采用全補償彈性鏈形懸掛，為德國標準懸掛形式接觸網；按照法鐵V350設計標準時，采用全補償簡單鏈形懸掛，為法國標準懸掛形式接觸網。全線導線高度為5500 mm，結構高度為1600 mm。設計線路試驗速度要求達到 160 km/h，設計標準按照350 km/h進行設計。接觸網設計滿足各種受電弓取流試驗。具體參數見表1。

表1 不同設計標準下的接觸網參數表

2 設計存在的問題

由于鐵科環形試驗線是在既有雙承力索、雙接觸線基礎上的改造工程，需要兼顧國內 350 km/h設計標準與法鐵V350設計標準，對現有的場地設計存在以下困難：

（1）如何在有限線路范圍內，將國內350 km/h設計標準與法鐵V350設計標準表現出來，也就是錨段如何劃分。

（2）國內350 km/h設計標準與法鐵V350設計標準，如何確定2套完全不同體系的參數。需要解決由于結構高度不同導致支柱預留孔不同，由于腕臂的尺寸不同導致絕緣子的配套等問題。

（3）對于這2種不同標準進行道岔設計是一個難題。

3 采用OSCAR動態模擬確定技術參數

高速受電要求接觸網在最高行車速度和更大的速度變化范圍內能保證正常供電，應有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力，對接觸網的結構和布置應有更高的要求，需要動態模擬軟件進行技術參數模擬分析，弓網系統必須滿足歐洲標準（EN50119、EN50317、EN50318、EN50367）。

結合高速鐵路的特點，采用動態模擬（OSCAR）軟件進行高速弓網模擬是提高運行可靠性的保證，OSCAR已應用在創造最高速度記錄（574.8 km/h）的設計中。

4 法鐵接觸網設計的關鍵點

4.1 道岔

道岔設計為導向懸掛的無交叉布置方式，導向接觸懸掛位于正線和側線接觸懸掛之間，在道岔岔心附近區域導向接觸線始終與受電弓接觸，使得受電弓平穩地從側線過渡到正線或從正線過渡到側線，減小對正線接觸網的沖擊，導向接觸線亦不會出現非正常的磨損，該布置方式對速度適應性更好，弓網受流性能更佳。

4.2 接觸線上無螺栓固定

法鐵以前使用螺母+防松螺母（或錐形墊片），目前使用無螺栓固定（圖2）。達到重量最小，優化動態行為；安裝快捷，方便，不會產生安裝錯誤（與螺栓緊固線夾相比）；高可靠性（沒有松動或者與受電弓碰撞的危險，無螺栓緊固不存在扭矩太大，線夾開裂，扭矩太小脫線的故障）。

圖2 無螺栓線夾例圖

4.3 補償裝置

采用滑輪張力補償裝置，一般采用5個滑輪將重力傳輸到接觸懸掛上成為水平拉力，采用該方式結構簡單、成本低、效率最佳（99%）、安裝方便、維護少（每10年進行一次潤滑），安全可靠，缺點是沒有墜落保護裝置。

4.4 電連接

僅在錨段關節使用電連接，最大限度地取消電連接數量，避免電連接形成硬點，接觸網接線的電連接增加磨損速度和事故的風險，采用無螺栓線夾減少受電弓碰弓危險，避免因螺栓扭矩的大小而影響線夾性能，通過設計保證了所有線夾的一致性。

4.5 彈性吊索

使用彈性吊索的目的是使跨中心處和懸掛點附近的彈性保持一致。法國工程師認為速度超過250 km/h時，受流質量與彈性均勻度關系不大，其主要取決于接觸線的振動，取消彈性吊索，合理布置吊弦，提高接觸線的張力，雖然跨中彈性均勻度不是很好，但較大的接觸線張力足以保證高速受流的質量。取消彈性吊索可以避免產生硬點，減小磨損，降低事故風險和移動荷載。

5 法鐵接觸網零部件

5.1 腕臂系統和連接材料

腕臂采用冷拔鍍鋅鋼管，與支撐件之間的連接件采用鑄件，通電部分的連接件采用鋁青銅鑄件。鍍鋅鋼管具有高可靠性，良好的耐腐蝕性，較低的成本。鋁青銅鑄件與鋼之間有非常低的電偶，不需要導電線，具有非常良好的耐腐蝕性，轉動處鋁青銅具有良好的耐磨性（鋁鑄件沒有耐磨性），伸長率達到 20%，其伸長率接近常用的 Q235（25%），而鑄鋁件只有 8%，同時鋁青銅鑄件的強度σb（550 MPa）＞Q235（375～500 MPa）＞ZL101A（314 MPa），因此在轉運與安裝中不存在斷裂失效現象（圖3）。

圖3 法國腕臂安裝圖

5.2 定位器

使用壓接頭的鋁定位器，減少接觸線上的承重量，定位器的形狀允許適應受電弓不同的機械尺寸（抬升和擺動），無需限位塊，避免了產生硬點。

5.3 吊弦電連接

吊弦電連接需要同時實現鉸接和導電，電纜和壓接套管的過渡區需要特別注意導流環能夠自由運動，并承受隨機載荷。采用無螺栓固定設計，安裝快捷，方便，不會產生安裝錯誤（與螺栓緊固線夾相比），可靠性高（沒有松動或者與受電弓碰撞的危險，無螺栓緊固不存在扭矩太大線夾開裂，扭矩太小脫線的故障）。

6 結語

隨著2010年8月鐵科環形試驗線改造項目的啟動，2012年1月完工并投入運營，通過2年多的溝通交流，將法鐵的標準、設計理念進行消化、吸收，其中的一些優點若能獲得國內電氣化的設計、施工借鑒，并將應用至其他電氣化線路中，也就達到拋磚引玉的目的。文章中有不妥之處，敬請批評指正。

[1]Kie?ling, Puschmann, Schmieder.電氣化鐵道接觸網[M].中鐵電氣化局集團譯.北京：中國電力出版社，2004.

[2]西南交通大學. 接觸網設計及檢測原理[M]. 北京：中國鐵道出版社，1991.

[3]電氣化工程局. 電氣化鐵道設計手冊-接觸網[M]. 北京：中國鐵道出版社，1983.