高铁培训高速铁路接触网悬挂形式.docx
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高铁培训高速铁路接触网悬挂形式
高速铁路接触网悬挂
第一节高速铁路接触网悬挂形式
接触悬挂形式是指接触网的基本结构形式，它反映了接触网的空间结构和几何尺寸。
不同的悬挂形式，在工程造价、受流性能、安全性能上均有差别，另外，对接触网的设计、施工和运营维护也有不同的要求。
对高速接触网悬挂形式的要求是：
受流性能满足高速铁路的运营要求、安全可靠、结构简单、维修方便、工程造价低。
世界上发展高速铁路的主要国家如：
日本、德国、法国的高速接触网悬挂形式是在不断改进中发展起来的，主要有三种悬挂形式：
简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂。
各国对这三种悬挂形式有不同的认识和侧重，根据各自的国情发展自己的悬挂形式。
日本的高速线路如：
东海道新干线、山阳新干线、东北新干线、上越新干线均采用复链形悬挂，近几年来，日本高速铁路又采用了简单链形悬挂；法国的巴黎一里昂的东南线采用弹性链形悬挂，巴黎一勒芒／图尔的大西洋线采用接触导线带预留弛度的简单链形悬挂；德国在行车速度低于160km/h的线路采用简单链形悬挂，在160km/h及以上的线路采用弹性链形悬挂。
下面分别介绍简单链形悬挂、弹性链形悬挂和复链形悬挂三种形式的结构和技术性能。
一、简单链形悬挂
简单链型悬挂结构简单，弹性均匀度较好，接触悬挂稳定性好，施工及运营管理方便，是世界上使用最多的一种悬挂类型。
我国绝大部分电气化铁路都采用这种悬挂方式。
结构形式如图3—1所示。
图3—1简单链型悬挂（1—承力索2—吊弦3—接触线）
性能特点：
结构简单、安全可靠、安装调整维修方便，适应于高速受流。
定位点处弹性小，跨中弹性大，造成受电弓在跨中抬升量大，跨中采用预留弛度，受电弓在跨中的抬升量可降低;定位点处易形成相对硬点，磨耗大。
如果选择结构形式合理、性能优良的定位器，则可消除这方面的不足。
二、弹性链悬挂
弹性链形悬挂在简单链型悬挂基础上增加了一根弹性吊索，改善了接触网的弹性不均匀度。
但结构比较复杂，弹性吊索安装、调整工作量大。
在跨距较小时，弹性链形悬挂和简单链形悬挂弹性均匀性差别不大。
结构形式如图3—2所示。
图3—2弹性链形悬挂
1—弹性吊索2—承力索3—吊弦4—接触线
在结构上，相对于简单链形悬挂在定位点处装设弹性吊索，主要有两种形式：
“π”形和“Y”形。
弹性吊索的材质一般与承力索相同，其线胀系数与承力索相匹配。
性能特点：
结构比较简单，改善了定位点处的弹性，使得定位点处的弹性与跨中的弹性趋于一致，整个接触网的弹性均匀，受流性能好。
其缺点是弹性吊索调整维修比较复杂，定位点处导线抬升量大，对定位器的安装坡度要求也较严格。
三、复链型悬挂
复链型悬挂在简单链型悬挂的基础上增加了一根辅助承力索，使接触网弹性更加均匀。
但结构太复杂，施工及运营维护不方便，事故抢修难度大。
目前只在日本使用。
结构形式如图3—3所示。
12345
图3—3复链型悬挂
1—承力索2—吊弦3—辅助承力索4—辅助吊弦5—接触线
复链型悬挂在结构上，承力索和接触导线之间加了一根辅助承力索。
性能特点：
接触网的张力大，弹性均匀，安装调整复杂、抗风能力强。
总之三种悬挂类型在结构和技术性能方面存在着一定的差异，但理论研究与各国的运营实践都表明，三种悬挂类型均可满足客运专线列车高速运行要求。
在我国TB10621-2009《高速铁路设计规范》规定高速铁路接触网悬挂类型采用全补偿简单链形悬挂或全补偿弹性链形悬挂。
双弓或多弓取流时宜采用全补偿弹性链形悬挂。
这是因为世界各国在确定悬挂类型时，除考虑接触网自身的和弹性不均匀度因素外，对取流受电弓的个数、受电弓的弹性受流的评价标准也是重要的考虑因素，同时，国际上在研发阶段通常采用计算机仿真手段，并结合具体工程及经济技术分析比较后，最终确定其采用何种悬挂类型。
根据各国的仿真研究及运行结论，在单弓取流条件下，采用全补偿简单链形悬挂或全补偿弹性链形悬挂均可符合受流要求两者性能几乎相当。
单弓取流或运输网络通道上的列车分布密度较小的高速线路、跨距相对较小、接触线张力相对较大的接触网系统可采用简单链型悬挂。
根据仿真研究和运营经验表明，弹性链型悬挂和加大张力、减小跨距的简单链型悬挂（采用全补偿简单链型悬挂时，需根据仿真结果适当预留跨中弛度）相比，均可取得符合要求的受流效果，适应不同速度的动车组运行。
但双弓或多弓取流时，弹性链型悬挂具有优良的弹性均匀度，对双弓或多弓运行条件产生的弓网系统振动和导线波动传播均有明显的改善，可延长弓网寿命、改善接触网结构强度。
因此，双弓或多弓取流时，宜采用弹性链型悬挂，但悬挂类型的设计需结合具体工程情况及经济技术综合分析比较后合理而定。
第二节高速铁路接触网、接触悬挂的技术参数
一、接触悬挂技术参数的定义
（1）波动传播速度C:
由于受电弓抬升力的作用，引起接触导线的振动，该点的振动传播速度称为波动传播速度。
C与接触导线张力T和线密度ρ的关系如下：
C=（T/ρ）1/2（3.2.1）
式中：
C—波动传播速度
T—接触导线张力
ρ—接触线线密度
（2）无量纲速度：
列车运行速度υ与波动传播速度C之比，当列车速度越接近C，即接近于1时，弓网振动越剧烈。
β与列车运行速度υ与波动传播速度C的关系如下：
β=υ/C。
（3.2.2）
式中：
C—波动传播速度
β—无量纲速度
υ—列车运行速度
（3）多普勒系数α：
是无量纲速度的另一种表达式，α=（C-υ）／（C+υ）。
υ为列车行驶速度；C为接触线波动传播速度。
（4）反射系数：
指接触网的振动波在非均质点被反射。
这些非均匀质点如：
吊弦线夹、接头线夹等，反射系数γ用下式表示：
γ=﹙ρm×Fm﹚1/2／[﹙ρc×Fc﹚1/2﹢﹙ρm×Fm﹚1/2]（3.2.3）
式中：
ρm—接触导线的线密度
Fm—接触导线的张力
ρc—承力索的线密度
Fc—承力索的张力。
（5）增强因数：
r=γ/α接触网的振动波在非均质处被反射，被反射回的波形与该物体相向运动，并被继续向前运动的物体以输入能量的方式再次反射回去，波的能量被增强，增强因数用下式表示：
r=γ/α（3.2.4）
式中：
γ—反射系数；
α-多普勒系数。
（6）弹性不均匀系数ε：
反映一跨内跨中弹性和定位点弹性的差异程度。
ε=﹙Emax—Emin﹚/﹙Emax+Emin﹚×l00%（3.2.5）
式中Emax一跨内最大弹性
Emin一跨内最小弹性
二、高速接触网的主要技术参数
1．导线高度：
指接触导线距钢轨面的高度。
它的确定受多方面的因素制约，如：
车辆限界、绝缘距离、车辆和线路振动、施工误差等。
一般地，高速铁路接触导线的高度比常规电气化铁路的接触导线低，这主要因为：
①高速铁路一般无超级超限列车通过，车辆限界为4800mm;
②为了减少列车空气阻力及空气动态力对受电弓的影响，受电弓的底座沉于机车车顶顶面，受电弓的工作高度较小。
所以，高速铁路接触导线的高度一般在5300mm左右。
2．结构高度：
指定位点处承力索距接触导线的距离。
它由所确定的最短吊弦长度决定的，吊弦长时，当承力索和导线材质不同时，因温度变化引起的吊弦斜度小，使锚段内的张力差小，有利于改善弓网受流特性；长吊弦的另一个优点是高速行车引起的导线振动时，吊弦弯度小，可以减少疲劳，延长使用寿命。
我国接触网的结构高度为1.1-1.6m。
3．跨距及拉出值：
取决于线路曲线半径、最大风速和经济因素等。
考虑安全因素及对受电弓滑板的磨耗，我国高速铁路一般在保证跨中导线及定位点在最大风速下均不超过距受电弓中心300mm的条件下，确定跨距长度和拉出值的大小。
4．锚段长度：
它的确定主要考虑接触导线和承力索的张力增量不宜超过10%，且张力补偿器工作在有效工作范围内。
高速铁路接触网的锚段长度与常规电气化铁路基本一样。
5．绝缘距离：
参照电气化铁路接触网的绝缘配合标准。
6．吊弦分布和间距：
吊弦间距指一跨内两相邻吊弦之间的距离，吊弦间距对接触网的受流性能有一定的影响，改变吊弦的间距可以调整接触网的弹性均匀度，但是，如果吊弦过密，将影响接触导线的波动速度，而对弹性改善效果不大，所以，确定吊弦间距时，既要考虑改善接触网的弹性，又要考虑经济因素。
吊弦分布有等距分布、对数分布、正弦分布等几种形式，为了设计、施工和维护的方便，吊弦分布一般采用最简单的等距分布。
7．接触导线预留弛度：
指在接触导线安装时，使接触导线在跨内保持一定的弛度，以减少受电弓在跨中对接触导线的抬升量，改善弓网的振动。
对高速接触网，简单链形悬挂设预留弛度，弹性链形悬挂一般不设预留弛度。
8．锚段关节：
锚段关节是接触网的张力的机械转换关节，是接触网的薄弱环节，其设计和安装质量对受流影响较大，高速接触网一般采用两种形式的锚段关节：
①非绝缘锚段关节采用三跨锚段关节；
②绝缘锚段关节采用五跨锚段关节。
安装处理上，尽量缩短接触导线工作支和非工作支同时接触受电弓滑板的长度，提高非工
第三节高速铁路接触悬挂的性能比较
日本、法国和德国是世界上高速铁路发展比较快、比较多，被公认比较好的国家，但从这三个国家的高速接触网的型式来看，又各不相同。
日本以采用复链形悬挂著称于世界，法国是采用简单链形悬挂为代表的国家，而德国几乎是全部为弹性链形悬挂。
一、几种高速接触网的悬挂类型
复链形悬挂、弹性链形悬挂和简单链形悬挂都可以被用来作为高速接触网的悬挂类型，近30年来的运营经验已证明，这三种悬挂类型都取得了令人信服和满意的运营效果。
几个主要国家的高速接触网技术参数综合比较如表3.3.1所示。
几个主要国家的高速接触网的重要参数综合比较表3.3.1
国家及类型
技术参数
日本
西班牙
法国
德国
东海道
北陆
TGV东南
TGV西洋
Re250
Re330（Y）
悬挂结构型式
H
O
Y
Y
O
Y
Y
接
触
线
材质
Cu
GTCS
CuAg
Cu
Cu
CuAg
CuAg
截面（mm2）
170
110
120
120
150
120
120
张力（kN）
15
20
15
14
20
15
27
预弛度（mm）
50
60
±0
65
65
±0
±0
承
力
索
材质
钢绞线
PH
青铜绞线
锌青铜
锌青铜
青铜
青铜
截面（mm2）
180
150
70
65
65
75
120
胀力（kN）
25
20
15
14
14
15
21
变
Y
形
辅
助
索
材质
青铜
锌青铜
青铜
青铜
截面（mm2）
35
35
35
35
张力（kN）
3.5
4
3.5
3.5
长度（m）
18
15
18
18
技术参数
日本
西班牙
法国
德国
东海道
北陆
rGV东南
rGV西洋
Re250
Re330（Y）
辅
助
承
力
索
材质
Cu
截面（mm2）
150
张力（kN）
15
结构高度（m）
1.5
0.95
1.8
1.4
1.4
1.8
1.8
最大跨距（m）
50
50
65
63
63
65
65
接触线高度（m）
5
5
5.3
4.95
5
5.3
5.3
之字值（mm）
150
300
300
200
200
300
300
跨中弹性（mm/N）
0.3
0.75
0.6
0.7
0.73
0.6
0.4
波动传播速度（km/h）
355
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