DC1500V三轨接触网系统培训讲座Word文档下载推荐.docx
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目前在我国的城市轨道交通工程中除武汉轻轨使用三轨系统并投入运营外，正在建设中的武汉轻轨，北京地铁五号线、四号线，广州地铁四号线、五号线及天津地铁一号线均采用钢铝复合接触轨。
在世界上，应用钢铝复合接触轨的运营线路已经超过1000km，欧洲、美洲、大洋洲和亚洲的一些国家中均有大批量的使用，表2.1-1为近些年来钢铝复合接触轨在国外的使用情况。
表2.1-1钢铝复合接触轨在国外轨道交通工程中的使用情况
运营年度
运行长度（m）
轨道交通工程的名称
运营国家
1978
3，300
HamburgRapidTransit
德国
1986
4，000
TokyoMonorail
日本
1996
2，600
KualaLumpur轻轨二期
马来西亚
7，900
Munich地铁
6，500
柏林快速轨道交通
3，700
1，360
试验线
1997
60，300
曼谷地铁
泰国
12，500
3，600
Nuremberg地铁
42，000
柏林地铁
1998
5，500
46，000
1999
14，000
3，400
PeokeeMover，Turin
意大利
6，400
纽约北部地铁
美国
2000
1，000
新加坡快速轨道交通
新加波
4，500
Vienna地铁
澳大利亚
由上表可以看出，在世界上，钢铝复合轨技术被广泛应用，目前已经成功应用了25年之多，可以说无论在生产工艺还是运营业绩上都非常成熟。
四、广州地铁四号线三轨系统的设计原则及布置规律
4．1三轨系统的设计原则
1）接触网系统具备安全、可靠的性能，满足列车最高运行速度90km/h的运行要求。
2）满足广州市轨道交通四号线大学城专线段工程运营初期、近期与远期的行车要求，安全可靠、持续地向列车提供电能且具有良好的靴轨关系。
3）满足车辆在地下隧道、地面及高架区段的运行，能保证在广州气候环境条件下正常运行。
4）安装结构简单、可靠、受流稳定性好、便于施工安装。
5）对设备和器材做到技术先进、安全、可靠、耐腐蚀、寿命长、充分发挥接触轨系统维修量少的优点。
6）零件的关键受力部件采用强度高、性能好的有色金属模锻件，M14及以下螺栓采用高强度不锈钢件。
7）DC1500V接触轨应采用安全可靠的防护措施，确保人身及设备安全。
8）在满足技术要求的前提下，优先选用安全可靠的国产设备。
9）接触网设备除与机车车辆有相互作用的设备外，在任何情况下不得侵入设备限界，以确保行车安全。
10）额定电压DC1500V，波动范围1000V～1800V，接触网总截面满足最大持续载流量3000A的要求。
11）绝缘距离符合IEC标准的要求，带电体部分和结构体、车体之间的最小净距：
静态为150mm；
动态为100mm，绝对最小动态为60mm。
12）在无牵引变电所的车站两端设置与上下行牵引轨连接的均流电缆，并接至变电所的钢轨电位限制装置。
在有牵引变电所的车站，车站一端设回流电缆与负极柜相连，另一端设置均流电缆。
4.2三轨系统的布置规律
一般情况下，在高架线，接触轨安装于列车行进方向的右侧；
在地下区段，接触轨安装于列车行进方向的左侧。
在道岔等特殊区段换边布置，车站布置在站台对面。
接触轨中心至线路中心的水平距离为1510mm，接触轨的受流面距走行轨轨顶面的垂直距离为200mm。
圆曲线及缓和曲线上，接触轨安装根据曲线情况与走行轨保持一致。
1）接触轨安装方式
地下整体道床区段：
接触轨安装在绝缘支架上，绝缘支架通过胀锚螺栓直接固定在整体道床上。
高架板式道床区段：
绝缘支架通过胀锚螺栓直接固定在道床板上。
地面碎石道床区段：
在道床预留孔内安装绝缘支架。
2）接触轨支持间距
接触轨支持间距一般为3～5m，在膨胀接头、端部弯头、道岔及曲线处间距应相应减小。
3）断轨的设置
接触轨断口有电分段和电气上不断开两种型式。
电气上不断开主要设置在道岔，地下车站人防门、防淹门，车站换边等处。
断轨采用接触轨自然断开方式，两断轨间用电缆进行电气连接，断口大小根据具体情况确定。
正线电分段满足正常运营情况下双边供电，一个变电所解列时构成大双边供电的原则；
车辆段和停车场电分段满足供电需要，同时考虑接触轨检修需要进行设置。
电分段主要设置位置包括：
正线有牵引变电所的车站，电分段设在列车惰行区段（进站端）；
正线间的渡线、折返线、停车线与正线间设电分段；
四号线与其它线路的联络线间设电分段。
断轨采用接触轨自然断开方式，两断轨间电气不连接，断口长度不大于27m。
断轨处接触轨端部均设置端部弯头。
在接触轨的布置中，应体现少断轨原则。
根据线路的实际情况，尽量选用道岔、人防门等处的断轨做电分段。
4）电连接的设置
接触轨同一供电分区相邻断轨之间设置电连接，采用电缆将固定在断口两端接触轨上的电连接板进行电气连接。
温度伸缩接头处的电连接采用铜板或铜杆连接，包含在中间过渡预留伸缩缝接头部件中。
5）锚段长度
两组膨胀接头之间的温度伸缩补偿段称之为一个锚段。
目前暂定地面段锚段长度为75m，地下隧道内锚段长度为90m，距洞口500m范围内的隧道中设置的锚段按地面段考虑。
6）中心锚结设置
中心锚结一般设置在两膨胀接头之间（即一个锚段）的中部。
正常情况下中心锚结设置一组，但在线路纵向坡度超过20‰时选用特殊的中心锚结装置。
7）接触轨长度
接触轨的标准长度为15m。
接触轨弯曲半径：
当线路的曲线半径大于等于100m时，钢铝复合轨可以在施工现场直接打弯；
当线路的曲线半径小于100m时，钢铝复合轨则在工厂加工预弯。
五、三轨系统的国产化情况
广州地铁四号线三轨系统除隔离开关设备外，其它三轨系统部件全部实现了国产化。
钢铝复合轨由中铁电气化局集团有限公司宝鸡器材厂研制成功并已投入批量生产，首批钢铝复合轨已于5月20日通过出厂验收，并于5月30日运达广州地铁新造车辆段。
三轨绝缘支架和防护罩分别由北京泊森达工贸有限责任公司、哈尔滨玻璃研究所研制成功并已投入批量生产。
六、钢铝复合轨及其附件的主要技术要求
6.1.环境条件
●工作条件
隧内/隧外
●环境温度：
-5℃～+40℃
●最大风速：
35m/s
●海拔高度：
≤1000m
●污秽等级：
重污区
●覆冰厚度
0mm
●相对湿度
日平均值不大于95%，月平均值不大于90%
●雷害等级：
重雷区
6.2.系统参数
●标称电压：
DC1500V
●最高电压：
DC1800V
●最低电压：
DC1000V
●接触轨最大持续载流量：
3000A
●60秒的峰值电流
10000A
●接触轨预期最大短路稳态电流
60000A
●接触轨最大温升
45℃
6.3.接触轨的结构断面及其参数表（图1）
名称
复合轨
轨高（mm）
105
轨底宽（mm）
80
接触面宽（mm）
65
总宽（mm）
92
重量（kg/m）
标准长度（m）
15
20℃时的单位电阻（Ω/km）
图1接触轨的断面结构
6.4.主要技术性能和参数
序号
参数名称
单位
技术指标
备注
1
接触轨持续电流
A
≥3000
环境温度40℃最高升至85℃
2
60秒钟的峰值电流
≥10000
3
3秒钟动稳态电流
≥60000
4
接触轨标称截面
铝轨
mm2
3850
钢带
550
整体
4400
5
接触轨计算截面
6
截面误差范围
＜%
±
7
接触轨单位重量
kg/m
14.5
8
单位重量误差
9
截面模量
mm3
108856
10
弹性模量
N/mm2
86387.5
11
惯性矩（水平及垂直方向）
mm4
水平
×
垂直
65×
12
接触面表面硬度
HB
155
13
接触表面粗糙度
Ra：
μm
14
钢带厚度
mm
20︒C直流电阻
Ω/Km
＜2
16
20︒C钢铝接触电阻
mΩ/Km
轨端
＜15
含被测段铝、钢电阻
距轨端200
＜0081
17
铝复合轨自身电感
MH/Km
18.1
电阻温度系数
Ω/℃
＜℃
19.2
线性膨胀系数
1/℃
2×
10-6
20.2
磨耗量
mm/万次
≤9/70
21.2
最小允许弯曲半径（水平方向）
m
22.2
耐受最高温度
℃
100
在机械性能不变的情况下
6.5.结构要求
6.5.1.概述
1、所有与接触轨有关或相关的附件均经认真选择，使其与接触轨材质相匹配，如铝合金、不锈钢。
若选用其它材质，也会与接触轨材质配套并保证相互之间不会产生危害。
如膨胀接头的中央滑动部分等，需要用到铜材质，在这些地方将采取表面镀银处理，以避免铜和铝直接接触；
锚结用防爬器需要用到碳素结构钢，在其表面采用热浸镀锌处理，由于锌铝电位差很小，可以保证相互之间不会产生危害。
2、接触轨通过普通接头（两件鱼尾板）连接，鱼尾板与铝轨材质相同。
紧固件采用不锈钢螺栓连接,能满足复合轨的机械、电气连接要求，同时又具有良好的耐腐蚀和耐电腐蚀性能。
6.5.2.接触轨
6.5.2.1接触轨采用钢铝复合轨，满足以下基本条件：
（1）接触轨接触面的有效宽度为65mm。
（2）接触轨高度为105mm。
接触轨的结构图纸见图2。
图2接触轨的结构
（3）接触轨制造工艺为单轨挤压成型，铝轨本体采用从德国引进的我国首台最大的也是全球最先进的双动反向挤压机一次挤压成型。
精密的挤压模具和最佳的工艺流程可以保证铝轨本体表面光滑，不会出现裂纹、砂眼和损伤等缺陷。
所选的材料特性有非常好的耐蚀性、很高的强度和最优的导电性能。
不锈钢嵌入层预先加工成一定长度的平直的不锈钢带，宽度可以覆盖接触轨的全部有效的接触面宽，最后再将不锈钢带与铝轨通过三向应力挤压，紧密结合在一起。
这种工艺流程可以保证接触轨无论是纵向还是横向都与集电靴有光滑、平整的接触平面，保证集电靴滑行顺畅及良好的电接触。
（4）接触轨的生产工艺为铝轨本体单独挤压成型，不锈钢嵌入层预先加工成平直的不锈钢带,不锈钢带呈槽形，两侧预先制好排孔，先将处理好的不锈钢带扣入铝本体，使两者完全吻合，然后采取模压的方式，对轨头的顶面加压，使钢带槽底内面与铝本体轨头顶面之间形成一定的压应力，在保压的同时，对铝本体轨头部分两侧面同时加压，使铝本体包住钢带，同时在铝本体上正对着钢带壁板小孔的部位外侧面压出圆柱形凹坑，则在内侧面形成圆柱形凸起并嵌入钢带壁板上的圆孔内，使钢铝结合的界面间形成了足够的压应力，实现密贴的要求，同时也形成了凸凹连接功能，从而使不锈钢带与铝轨紧密连接。
在外力冲击和运行振动的情况下，其连接仍是可靠的、密切的，即使6mm厚的顶部全部磨完，也不会剥落。
模压可以保证很大的接触压力，因此也提高了接触轨的导电特性。
铝轨和不锈钢带的这种机械冲压的连接方式，也可以避免在接触轨纵向，由于两种材料不同的热膨胀系数而造成铝轨与不锈钢层松脱。
由于铝轨与不锈钢带的结合点在6mm厚的不锈钢耐磨层之下，因此钢铝的结合力不受不锈钢磨耗的影响。
（5）接触轨可以在现场切割，这在工程中很常见。
使用切割机及附件可以保证现场切割断口垂直，表面光滑没有毛刺，不锈钢带没有卷边现象。
在接触轨在制造中，就在接触轨的轨腰两侧和轨底中心全长直接挤出打孔安装两用的基准线，现场按照需要的长度切割之后，可以方便的利用这些基准线，保证安装及打孔时的位置精度。
接触轨断口整齐一致，无方向性，即能够在任意方向上进行安装，无须打磨。
（6）接触轨能够满足在施工现场进行钻孔（Φ17mm），以便安装中心锚结与电连接。
（7）在跨距5米的情况下，在两支撑点中间加载150kg的集中载荷，当卸载后，接触轨完全回复到初始状态。
6.5.2.2除满足上述要求外，钢铝复合轨还具有如下特性:
（1）使用寿命（在集电靴年通过70万次的条件下）大于100年。
接触轨的接触面为不锈钢材料，对不锈钢层进行了磨耗实验，试验结果为磨耗量0.049mm。
接触轨的全部6mm磨耗层可以全部利用，则计算其使用寿命在120年以上，考虑到还有少量的化学腐蚀量，其使用寿命大于100年。
（2）载流量-温度曲线（图7、图8）
图7钢铝复合轨温升试验图
图8钢铝复合轨附件温升试验图
（3）所用材料的合金成分
四号线钢铝复合轨中铝轨本体、钢带分别选用材料6101（T6）和1Cr17（403）。
铝轨采用标准为6101（T6）的铝合金坯料挤压成型，并符合GB/T6892-2000《工业用铝及铝合金热挤压型材》、美国材料试验学会ASTMB317的要求，尺寸偏差等符合GB/T14846-1993《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》高精级要求。
钢带采用牌号为1Cr17（403的不锈钢板加工成型,其化学成份、机械性能符合GB/T4237-1992《不锈钢热扎钢板的钢号和化学成份》的要求。
（4）接触轨的弹性很好，在不需要任何工具条件下的最小弯曲半径为100米。
在工厂借助弯曲工具可以加工的最小弯曲半径为10米。
现场配备弯折机，所有弯曲半径小于100米的地方都可以借助弯折机对接触轨预弯，以减小接触轨对支架/绝缘子等附件造成的应力。
（5）运输方案
接触轨的运输单元为每12根轨一捆，采用单根防水、防潮包装后，装入钢制框架箱，加木制防护垫，经螺栓压紧，以防止各向窜动的包装形式，能够有效地保证接触轨运输、装卸过程中始终处于良好的状态。
包装箱两侧各有两个吊钩，用于悬挂起吊绳索，请根据外包装总重选择合适的起吊绳索进行起吊。
接触轨的运输既可以铁路运输，也可以采用公路汽车门对门的运输方式。
若在接触轨中心点或某侧一点对接触轨进行起吊，接触轨将会在其自重作用下产生下垂和弹性变形，为防止因起吊不当而使轨产生永久变形，接触轨的起吊和搬运一定要采用最少两点起吊的方式，即：
将两个绳套置于接触轨的中部，调整其间距，使两个绳套的距离达到接触轨长度的1/3，然后用一提升臂进行起吊。
绳套一定要置于恰当的位置，起吊单轨、轨捆或箱装轨时，均应采用类似这样的方式，见图9。
不允许采用起吊叉钩或叉车吊装长度大于6米的接触轨。
在接触轨运输前或到指定工地仓库后被吊装或搬运的过程中，要确保轨的端头不振荡，因为振荡同样可导致接触轨产生永久变形和下垂。
为了避免出现压痕或其它的表面伤损，绳套材料最好采用尼龙或类似的适合材料。
图9起吊位置
绝不允许采用钢缆或钢丝作起吊绳套。
接触轨应储放在平坦、干净、无积水的地面上，地面尺寸要有足够的空间便于起吊设备工作。
若要放置在木梁上，则木梁的间距应小于6米，且接触轨应以垂直于木梁的方向放置。
若接触轨/轨捆被堆放，建议每隔3层，在与接触轨垂直的方向上放一层横梁，以提高堆放的稳定性。
具体方案见图10。
图10接触轨堆放示意
其它附件如普通接头、紧固件等将采用木箱分别单独包装，采用汽车运输或火车集装箱运输。
6.5.3.普通接头
6.5.3.1.每一段接触轨、端部弯头或膨胀接头都是通过一套普通接头连接的，接头的材质与接触轨的材质相同，均为6101（T6）。
普通接头本体毛坯采用挤压成型，表面强度高，粗糙度低，外形尺寸准确。
加工时只需根据需要长度锯断，并打孔即可。
因此，它具有足够的强度来满足连接固定的机械要求，同时它的截面积足够大，可以承载3000A电流。
接头本体的轮廓与接触轨腰面紧密相贴，确保电流续接的要求。
持续载流量达到4142A。
6.5.3.2.每一套普通接头配有紧固件4套，每套包括螺栓、碟形弹垫各一个，螺母、平垫各两个。
螺栓、螺母材质分别为0Cr18Ni9和1Cr18Ni9，规格为M16，平垫材质为不锈钢1Cr18Ni9，碟形弹垫材质为1Cr18Ni9。
普通接头的螺栓防松是通过采用双螺母防松。
6.5.3.3.普通接头本体上有四个Φ17孔，且对称分布，并预先在工厂加工好。
因此，安装方便，无安装方向要求。
具体结构图纸图11。
图11普通接头结构图
6.5.4.电连接用中间接头
6.5.4.1.电连接用中间接头是连接供电电缆向接触轨供电的零件，它由两片铝合金零件组成，一块是普通接头本体，另一块在普通接头本体上焊有4个电连接板，可以连接八根电缆。
电连接用中间接头材质与接触轨的材质相同，均为6101（T6）。
电连接用中间接头能安装在接触轨的任何位置，例如，牵引变电所出口、接头、弯头、电分断或道岔处。
6.5.4.2.电连接用中间接头本体及电连接板的截面积足够大，可以承载3000A电流，保证输送满负荷接触轨额定电流时不过热。
接头本体的轮廓与接触轨腰面紧密接触，确保电流续接的要求。
6.5.4.3.每一套电连接用接头配有紧固件4套，每套包括螺栓、碟形弹垫各一个，螺母、平垫各两个。
电连接用中间接头的螺栓防松是通过采用碟形弹垫和双螺母保证的。
6.5.4.4.电连接用中间接头将保证最少连接8根电缆，同时考虑了接地挂环的安装，主要用于接触轨接地保护用。
6.5.4.5.电连接板本体材质与接触轨的材质相同，均为6101（T6）。
电连接板是用来连接柔性供电电缆的，注意接入电缆的长度要足够长，尤其对铝轨的纵向移动不应有所影响，也不能给铝轨的侧边造成任何应力。
电连接用中间接头及接地挂环具体结构图纸见图12。
图12电连接用中间接头结构图
6.5.5.端部弯头
6.5.5.1.端部弯头采用与投标一致的接触轨加工制造。
6.5.5.1.1.结构形式：
端部弯头分为正线和车场线两种，端部弯头长度为，端部弯头两端的高度差≥126mm；
端部弯头采用两个绝缘支架进行支撑，与接触轨采用普通接头连接，可确保其接口处高度相同，无须进行打磨。
由于端部弯头构造无任何方向性，它与接触轨的连接同接触轨之间的连接方式一样，可被安装在任何一个区段的末端。
端部弯头预弯以后，采用铝合金做填充剂，进行气体保护金属极电弧焊，焊后进行接口表面的清洗处理，以避免焊接后零件出现焊接裂纹和焊接应力。
6.5.5.1.2.端部弯头可满足以下要求：
（1）端部弯头的断口与接触轨之间密贴，没有高低差及由此产生的台阶伤及集电靴。
端部弯头与接触轨通过普通接头连接的部位没有坡度，因此能够保证端部弯头与接触轨之间密贴，而不会形成高低差，保证集电靴顺利通过；
绝缘子和扣件在端部弯头进行至少一处的支承固定（正线弯头有2处支承固定），避免端部弯头两端的高度差及由此产生的台阶伤及集电靴。
（2）端部弯头具有良好的耐电弧烧损、耐冲击特性。
端部弯头在端部经过了预弯，具有自熄弧功能。
接触轨系统的设计尽量缩短集电靴与接触轨的接触空档区域。
（3）端部弯头与接触轨通过电连接用中间接头固定连接。
端部构造无方向性，与接触轨有同样的截面和形状，通过电连接用中间接头或普通接头能与任意成品接触轨断面相匹配，无须打磨。
（4）端部弯头的坡度合理
5.2m的高速端头的坡度为1:
41。
每一个端部弯头的端部都经过预弯，坡度更大一些，这样能保证端部弯头具有更好的自熄弧特性。
工厂加工端部弯头时用标尺严格检验坡度。
（4）端部弯头的结构图纸见图13。
图13端部弯头的结构图
6.5.6.普通防爬器
6.5.6.1接触轨防爬器用于绝缘支架两侧，可防止接触轨向两侧不均匀窜动,其结构和机械性能满足防窜要求，外形美观，安装简单，配套合理。
给予接触轨的锁固力可靠。
锚固力靠绝缘子或绝缘支架支撑，保持膨胀区段的中点位置。
6.5.6.2普通防爬器采用的材质与接触轨材质一致，为6101（T6）。
结构形式：
每套普通防爬器由一对梯形截面铝块组成，用2套紧固件连接，每套包括螺栓、碟形弹垫各一个，螺母、平垫各两个。
螺
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