鐵科院法鐵試驗線簡介

昆明鐵路供電段 陳 山

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鐵科院法鐵試驗線簡介

昆明鐵路供電段 陳 山

該文依托鐵科環試驗線引進法鐵設計、產品、施工，介紹法國鐵路情況、法鐵標準、高速鐵路設計參數的演變情況、高速受電與弓網關系、法鐵設計的幾個關鍵點及采用的重點零部件，為我國接觸網設計提供參考，以便在電氣化線路上推廣部分法鐵設計技術，提高我國接觸網設計水平。

法鐵 V350 接觸網設計

1 簡介

鐵道部產品質量監督檢驗中心接觸網零部件檢驗站成立于1992年，是國家計量認證合格單位，在北京東郊有周長為9km的綜合性高速試驗環形線路，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。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，SNCF負責TGV鐵路接觸網方案絕緣子以內零部件（含吊弦）的供貨，在長達一年半時間的項目策劃、實施過程中，中國設計院和法國兩國技術人員克服了設計現場環境等諸多困難，最終促成了該項目的圓滿完成。

2 法國鐵路

法國交通運輸非常發達，網絡稠密，水、陸、空運輸極為便利。法國高速鐵路的主要車型是TGV高速動車組，已經有超過30年的運營經驗，高速鐵路已占法國城市之間50%以上的客運市場份額，個別區段已達100%，國內鐵路網32000km，其中高速鐵路總里程為3930km，2007年4月，TGV E （東線）創輪軌世界紀錄574.80km/h。法國高速鐵路線路及運營情況見表1。

表1 法國高速鐵路線路及運營情況

3 法國標準

標準是為在一定范圍內獲得最佳秩序，經協商一致制定并由公認機構批準，共同使用和重復使用的一種規范性文件。法國國家標準協會（AFNOR）成立于1926年，比1947年2月成立的國際標準化組織（ISO）還早，法國鐵路標準辦公室（BNF）成立于1995年11月，由（AFNOR）賦予其行使制定、實施、維護相關標準的職責。隨著歐盟一體化進程，歐盟標準協會（CEN）開始制定歐盟統一技術標準（EN），歐盟標準有統一標準內容的不同語言版本（英語、法語和德語），其中，NF EN為法語版歐盟標準，BS EN為英語版歐盟標準，DIN EN為德語版歐盟標準。法國鐵路標準及標準化工作發展較早，有一定的代表性及廣泛性。

4 法國高速設計參數的演化

1950年～1985年期間，法國交流接觸網采用附加彈性吊索來增加接觸網彈性，同德國類似。1985年，東南線取消彈性吊索，法國工程師認為：(1)速度超過250km/h時，受流質量與彈性均勻度關系不大，更大程度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；(2)電弧應控制在1次/160m；(3)接觸力的標準偏差與平均接觸壓力的比值應小于0.33；(4)結構設計時，定位點處抬高的安全系數為2。表2描述了法國幾條鐵路的主要技術參數。

表2 法國高速鐵路主要技術參數

5 高速受電與弓網系統

5.1 高速受電的特點

高速受電使接觸網與受電弓的波動特性發生變化，空氣阻力遠大于常速列車，空氣動態特性是影響高速受電的一個重要因素，高速列車所需的牽引功率遠大于常速列車，若采用多弓受電必然會增加阻力，加大噪聲，并引起接觸網的波動干擾，因而受電弓的數量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網大功率受電的問題。

5.2 接觸網－受電弓系統

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應能保證正常供電，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）。

5.3 OSCAR動態模擬軟件

結合高速的特點，采用OSCAR動態模擬軟件進行高速弓網模擬是提高運行可靠的保證，OSCAR被用于創造最高速度記錄（574.8km/h）的設計中。

圖1 接觸網動態模擬

6 接觸網關鍵點的設計

6.1 道岔

道岔設計為無交叉方式，為了避免連續接觸線與行使在正線上的受電弓之間產生相互橫向干擾，在正線接觸網和渡線接觸網間安裝一個輔助接觸網，像錨段關節間的連接一樣。

6.2 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ERM自鎖螺母，其工作原理是對螺栓位于不同的且偏移180度的平面上的兩個區域間幾個螺紋的兩側施加作用力，采用此螺栓的優點是：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）。

6.3 補償裝置

采用滑輪張力補償裝置，如圖2所示，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，這種方式簡單、低成本、效率最佳、安裝方便、少量維護（每10年進行一次潤滑）、完全可靠，但缺點是沒有墜落保護裝置。

圖2 下錨裝配

6.4 電連接

僅在錨段關節使用電連接，最大限度取消電連接數量，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，不存在螺栓扭矩大小而影響線夾性能，通過設計保證了所有線夾的一致性。

6.5 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250km/h時，受流質量與彈性均勻度關系不大，更大程度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。取消彈性吊索避免產生硬點，避免磨損和增加事故風險，降低移動荷載。

圖3 不同速度對應的裝配形式

7 接觸網零部件描述

7.1 腕臂系統、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、較低的成本等優點，鋁青銅鑄件與鋼有非常低的電偶，不需要導電線，具有良好的耐腐蝕性，轉動處鋁青銅具有良好的耐磨性（鋁鑄件沒有耐磨性），高的伸長率達到20%，其伸長率接近常用的Q235，而鑄鋁件只有8%，同時鋁青銅鑄件的強度δb（550/mPb）＞Q235（375～500 mPb）＞ZL101A（314/mPb），因此在轉運與安裝中不存在斷裂失效現象。

7.2 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，避免了硬點的危險。

7.3 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必須能夠自由運動，并承受住隨機載荷。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），高可靠性（沒有松動或者與受電弓碰撞的危險，無螺栓緊固，不存在因扭矩太大線夾開裂、因扭矩太小脫線等故障）。

8 SNCF與德國接觸網的比較

表3 SNCF與德國接觸網的主要技術比較

9 結束語

隨著鐵科環線改造項目完工及投入運營，通過兩年的溝通交流，我們對法國的鐵路情況、法鐵的標準、設計理念有了初步了解，其中的一些優點,如網上無螺栓固定、5個滑輪補償裝置、冷拔鍍鋅鋼管腕臂系統、壓接頭的鋁定位器、無交叉方式道岔布置、OSCAR動態模擬軟件等，值得我國電氣化的設計、施工部門借鑒。

[1] 中鐵電氣化局集團有限公司. 電氣化鐵道接觸網[M]. 北京：中國電力出版社，2003.

[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.

[4] 與法方設計督導技術聯絡的會談紀要和記錄.

[5] 鐵科環線基本設計.