本科毕业设计长沙供电段娄底供电区间区间接触网平面设计.docx
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本科毕业设计长沙供电段娄底供电区间区间接触网平面设计
毕业设计（论文）
题目名称：
区间接触网平面设计
院系名称：
电气工程系
班级：
城轨供电11A2
目录
摘要
1接触网的结构和要求-1-
1.1接触网的定义-1-
1.2接触网的装置1-
1.3接触网的要求-1-
2平面设计的的要求-2-
2.1设计思路-2-
2.2设计依据-2-
2.3设计原则-2-
2.4设计目的及意义-2-
3接触网的基本设计---------2-
3.1原始材料------------------------------------------------------------------------3-
3.2基本设计------------------------------------------------------------------------3-
3.3气候条件--------------------------------------------------------------------------------3-
3.4设计计算-----------------------------------------------------------------------3-
4区间接触网平面设计
4.1设计概况-----------------------------------------------4
4.2设计程序-----------------------------------------------4
4.3放图---------------------------------------------------4
4.4划分锚段-----------------------------------------------4
4.5支柱布置-----------------------------------------------4
4.5确定拉出值---------------------------------------------4
5高速电气化铁路接触网的设计-5-
5.1高速电气化铁路接触网的结构特征-5-
6总结-6-
参考文献-5-
区间接触网平面设计
摘要：
电气化铁路因其运输能力强、运营成本低、能源消耗少和环境污染小等优点，受到世界各国的普遍重视，成为了当今铁路的发展方向。
接触网是电气化铁路的重要供电设备，其状态的优劣直接影响到电气化铁路的运行安全。
接触网的设计是电气化铁路设计的重要组成部分，因此，合理的接触网设计能够提高接触网系统的可靠性，保证铁路生产的正常运行。
接触网平面设计是接触网设计的主要内容。
由于各个区间、隧道、车站等线路条件是千变万化的，我们无法用固定、简单的格式来完成接触网的平面设计，因此必须对每个区间、隧道、车站单独进行平面设计。
本设计是从接触网设计的特点出发，对接触网平面设计进行了系统介绍。
此外还论述了高速电气化铁路接触网的结构特征和设计流程，并给出了接触网平面设计的技术原则，对其设计过程进行了一定说明。
关键词：
接触网，平面设计，高速电气化铁路
Abstract
Withitsadvantagesofstrongertransportcapacity,loweroperatingcosts,lessenergyconsumption,smallerenvironmentalpollutionandsoon,theelectrifiedrailwayisuniversallyconcernedandhasbecametherailwaydevelopmentorientation.Theoverheadcontactsystem,asoneofthemostimportantcomponentsintheelectrifiedrailway,itsstatehasbeentakinggreateffectsonthesafeoperatingoftheelectrifiedrailway.Therefore,reasonabledesigncanimprovereliabilityofthesystem,toensurethattheelectrifiedrailwaywouldoperatesafely.
ThegraphicdesignofOverheadCatenarySystem（abbr.OCS）isthemaintaincontentofthedesignofOCS.Foreachinterval,tunnelandstationhavedifferentsituations.It'simpossibletofinishtheplanofOCSwithsimpleandformulate.So,withtraditiondesignmethod,designersshouldspendplentyoftimeandvigortofinishthedesignofOCS.
BasedonthecharacteristicsofthegraphicdesignofOCS,thepapergivesathoroughpresentationofthedesignmethodofOCS.Besides,thispaperalsointroducethestructuralfeaturesandcontrivableprocessoftheOCSofhigh-speedelectrifiedrailway.AndthepaperproposesthetechnicalprincipleofthegraphicdesignofOCS,explainingtheprocesstoo.
Keywords:
OverheadCatenarySystem,graphicdesign,high-speedelectrifiedrailway
1接触网结构和要求
1.1接触网的定义
电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。
牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。
接触网是向电力机车直接输送电能的设备。
沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。
1.2接触网的装置
接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础组成，如图1-1所示
图1-1接触网结构图
1.2.1接触悬挂
接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。
接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。
1.2.2支持装置
支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。
支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。
根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。
1.2.3定位装置
定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。
1.2.4支柱与基础
支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。
在中国，接触网主要采用预应力力钢筋混凝土支柱和钢柱，其作用时用来承载支柱负荷，即将支柱固定在用钢筋混凝土制成的地下基础上，由基础承受支柱传送给全部负荷，并保证支柱的稳定性。
1.3接触网的要求
接触网是电气化铁路的主要供电装置之一，是一种无备用的户外供电装置，经常遭受雨雪风等恶劣天气的影响，一旦损坏，将中断行车，给铁路生产带来损失。
接触网架设在铁路线路上空，向电力机车供给电能。
接触网额定电压为25kV，最低电压不低于21kV，当行车速度为140km/h时低，应保持23kV。
1．在各种恶劣环境条件下应能不间断供电，保证电力机车在最大运行速度时能正常取流。
2．器材要有足够的机械强度和电气强度，要有相应的抗腐蚀能力，零件要尽量标准化、系列化、扩大互换性。
3．结构合理，方便施工和运营。
4．接触网发生事故后，通过抢修应能尽快恢复供电。
2接触网的平面设计
接触网设计程序和铁路电气化工程的设计阶段相一致[1]。
一般按照三个阶段设计，有初步设计，技术设计，和施工设计。
具体步骤为：
研究任务书；初步设计；初步设计文件鉴定；技术设计；技术设计文件审批；施工设计；施工配合及处理；参加交接验收。
接触网初步设计是根据国家下达的设计任务书，确定接触网建设的技术原则和概算。
初步设计阶段完成的主要文件是说明书。
说明书中确定的主要技术原则有：
线路及车站概况，气象条件，接触网架设范围，悬挂类型，平面布置，支柱设备及支撑装置，附加导线的架设标准，接触网维修组织，防护措施及存在的问题等。
并且在初步说明书中应列上主要材料设备表。
技术设计的目的在于进一步补充，完善和修改初步设计，或者解决初步设计说明书中提出的各类问题，它是对初步设计的深化和完善，实际上它是接触网设计中的齐，优，新问题，即设计的内容齐全，选择的设备优良，采用的技术先进。
技术设计应包括三个方面：
技术说明书，附表和附图。
施工设计是根据已批准的初步设计文件进行，应完成全部施工图纸，经鉴定后作为接触网施工的依据。
施工设计完成的文件有：
接触网平面图，支柱安装图，锚段关节图，隧道悬挂安装图，附加导线安装图，零件图，安装曲线，全部特殊设计安装图，施工设计说明书等。
2.1设计思路
接触网是电气化铁路的重要供电设备，接触网的设计是电气化铁路设计的重要组成部分。
其设计成果主要以平面布置图和安装图的形式体现，而安装图可选用铁道部通用图，针对各种线路情况，只需进行少量补充，因此，接触网平面设计就成为接触网设计的主要内容。
由于各个区间、隧道、车站等线路条件的千变万化，根本无法用固定、简单的格式来完成接触网平面设计，因此必须对每个区间、隧道、车站单独进行平面设计。
设计应依据有利于铁路运输生产发展的的运行要求，从经济、可靠的角度出发，按照具体情况确定设计规模与方案。
为确保安全运营，还应该对气象条件及负载、悬挂导线的张力与弛度、跨距长度、锚段长度以及安装曲线等进行一系列的计算。
这样才能够保证设计方案是可行的。
2.2设计依据
区间接触网平面设计主要依据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2005，J452-2005，中国铁道出版社）及工务段的线路纵断面图，桥、涵、隧道的图表资料，进行平面布置。
具体要求还需参考《最新电气化铁道接触网规划设计施工实用全书》（中国铁道出版社）、《高速电气化铁道接触网》（西南交大出版社）、《电气化铁道施工手册》（中国铁道出版社）、《电力工程电气设备手册》（中国电力出版社）等书籍。
2.3设计原则
平面设计的优劣不仅影响到接触网的运行质量、经济合理，还涉及到长期的发展规划。
因而，在进行区间接触网平面设计时应注意以下原则：
1）选择硬横跨或软横跨
在站场咽喉以内，一般使用绝缘软横跨，尽量不使用双线路腕臂支柱。
对于高速电气化线路应该首选硬横跨。
2）支柱布置
先从咽喉区开始设计正线上的道岔，道岔定位原则上应尽量采用标准定位。
其标准定位最佳位置是两接触线的交点位于两内轨距745mm的中间位置。
3）尽量使用最大计算跨距
接触网支柱布置，其跨距大小应根据悬挂类型、曲线半径、接触线最大风偏移值和运营经验综合考虑确定。
在最大计算风速条件下，接触线距受电弓中心轨迹的最大水平偏移值，一般不得大于450mm[2]。
设计中尽量采用标准跨距。
常采用标准跨距为5的整倍数，即40、45、50、55、60m数种，最大允许跨距除在个别大站及特殊情况下，一般不超过67m。
4）考虑支柱与信号机的相对位置
支柱布置时应考虑不要妨碍信号瞭望。
在直线区段，支柱应设置在进站信号机和区间信号机的显示前方，同侧接触网支柱要适当加大其侧面限界值；在曲线区段，支柱应设置在信号机前方5m以外；单线铁路直线区段在地形条件允许时，支柱应设置于信号机的对侧。
5）站场上支柱布置应考虑各个站场的特点
支柱设置应该尽可能地照顾站场的远期发展，如果将来股道增多，则近期设计的支柱应考虑远期可资利用。
对于远期铺设或预留的股道，如果土石方工程已经完成，则软横跨支柱的容量及侧面限界一般应考虑预留。
对于股道延长部分，当设立近期支柱时，应以对今后整个支柱布置不产生影响为原则。
6）支柱设置要考虑站场美观
站场是客货集散地，在技术、经济合理的条件下，应注意美观。
7）尽量减少咽喉区的支柱数量
对于较大的站场有时相当复杂，一般应提出两个或两个以上的布置方案进行比较，在保证技术条件合理的情况下，应尽量减少支柱的数量，选择最优或较优方案。
8）部分特殊跨距值应缩小
锚段关节的转换跨距、中心锚结所在的跨距以及其它特殊跨距，应较一般跨距缩减5-10m，或缩减原跨距的10%。
支柱布置所遵循的基本原则是技术合理、节省支柱和便于信号瞭望[3]。
2.4设计目的及意义
参考所查阅的资料，根据接触网设计程序，首先完成接触网初步设计，包括确定设计任务区间的气象资料，线路资料，分析比较现行的国内外高速铁路接触网，确定接触网悬挂模式，补偿形式及接触网的相关参数，根据设计时速，选择合适的材料和设备，进而完成相关的设计计算。
分析线路图，进行区间锚段长度的划分和区间支柱的布置，确定锚段关节的类型，完成接触网平面设计。
依照接触网平面图图例，绘制区间接触网的平面图。
完善设计内容，对接触网设计区间的特殊跨距，支柱容量进行技术校验。
通过对区间接触网进行平面设计，本人可以进一步熟悉和掌握电气化铁路接触网设计中区间的平面设计内容与技术规范，并将所学的理论知识与实际相结合，建立对区间接触网设计的完整概念，加强对区间接触网设计中技术标准的理解，以至达到在将来的实际工作中能够熟练应用并且指导生产实践。
3接触网的基本设计
3.1原始资料的准备
接触网工程是一项复杂的多专业配合的技术工程，与许多学科、工程都密切相关，甚至有些工程数据是接触网设计的依据和先决条件。
进行接触网设计应该具备下列主要技术资料：
气象资料；线路资料；行车供电资料；桥梁隧道资料；地质资料；信号资料；站场资料；概算资料；其它资料；向相关专业提供的配合资料等。
当然，接触网的设计只有上述资料还不够。
由于铁道电气化工程是一项非常复杂的技术及系统性的工程，各工种之间的协作与配合也是十分重要的，因此，在接触网设计的过程中，还应当向有关专业提出本专业的技术要求及相关资料。
3.2基本设计
下页图3.1是一种典型的接触网实际方案，即各个支柱都沿钢轨两侧架设。
这是所有额定电压下铁路干线交通优选的设计方案，同时也适用于城市公共交通系统。
图中标出了接触线、腕臂、支柱、供电线、回流线、钢轨电连线等构件。
图3.1采用混凝土支柱的架空接触网
1-支柱；2-腕臂；3-力索；4-接触线；5-缘子；6-电线；7-支柱至钢轨接地线；8-钢轨电连接线；9-上下行钢轨电连接线；10-支柱标识牌：
11-回流线；12-弹性吊性；13-吊弦
3.3确定计算气象条件
接触网是置于铁路沿线的供电装置，它要经受一切自然条件的影响，主要有：
风吹、日晒、雨淋和覆冰等。
计算气象条件正确与否，直接影响着接触网建设的经济性与运营的安全可靠性。
若选择数值过大，以偶尔出现的极不利条件作为设计依据，必然将造成各种强度的增大、数量的增加，从而增加了投资；若选择的数值偏小，对于一些频繁出现的恶劣情况没有考虑到，则会导致支柱等设备相应的强度降低，数量减少，显然其安全可靠性就大打折扣了。
因此，在确定计算气象条件时，应进行广泛深入的调查研究，详细收集气象资料，认真分析、研究，正确合理地确定采用的计算气象条件。
我国疆域辽阔，地形条件多变。
漫长的铁道线，有的贯穿草原，有的则横穿山谷，气象变化剧烈且复杂，在具体确定接触网计算气象条件时，要力求准确，但又不宜过于繁琐，在相应量的取值上，应该尽量标准化、规格化、系列化，这样才能够方便设计和应用。
接触网设计中气象条件的取值原则为：
各种温度应取5的整数倍；覆冰厚度取为零值或5mm的倍数；最大风速取20、22、25、27、30m/s等数值。
3.3.1气象条件的内容及用途
尽管说接触网计算气象条件多达十余项，但是起控制作用的只有最高温度、最低温度、最大风速及覆冰厚度。
因此，决定某一条线路的计算气象条件，往往是在广泛调查和收集资料的基础上，根据这四项内容进行分析、归纳并参考典型气象区确定的。
有些计算气象条件是由上述四项基本条件所导出的，而有些则是在广泛调查研究的基础上，根据大量统计结果取用的经验值。
接触网设计中用到的气象资料包括有：
最高温度、最低温度、最大风速及其出现时的温度、最大覆冰厚度及其出现时的温度、接触线无弛度时的温度、吊弦及定位器处于正常位置时的温度、最大覆冰时的风速，此外还有雷电日和线路横跨河滩及山谷时的最大风速等，各项资料的用途如表3.1[3]。
表3.1 接触网气象条件
序号
项目
主 要 用 途
1
最高温度
1.计算导线最大正弛度，确定支柱高度及限界尺寸；2.确定接触线无弛度时的温度及吊弦、定位器处于正常位置时的温度。
2
最低温度
1.计算导线最大负弛度；2.确定计算起始条件；3.确定接触线无弛度时的温度及吊弦、定位器处于正常位置时的温度；4.计算支柱容量。
3
最大风速
1.计算跨距；2.计算支柱容量；3.检查最大风速时的空气绝缘间隙。
4
最大风速时温度
1.确定最大风速时导线张力；2.计算支柱容量。
5
覆冰厚度
1.计算最大附加负载；2.确定起始条件；3.计算支柱容量等。
6
覆冰时温度
1.确定计算起始条件；2.确定最大附加负载时导线张力；3.计算支柱容量
7
覆冰时相应风速
1.计算最大附加负载；2.确定起始条件；3.计算支柱容量。
8
接触线无弛度时温度
计算安装曲线。
9
吊弦及定位器
正常位置时温度
计算安装曲线。
10
雷电日（或小时）
防雷设计。
3.3.2确定气象条件
气象条件的确定是在广泛收集资料的基础上进行的，在沿线气象台站的资料不足时，还应吸取电力、电信部门的设计经验和技术数据，同时参考国家电力部门制定的典型气象区，进行综合研究后确定。
下面简述一下相应气象条件的选择与确定方法。
（一）最大风速
接触网设计用最大风速值，采用距地面10m高处，五年一遇的自记10分钟平均最大值。
最大风速的计算方法有：
平均法、变通法、数理统计法。
平均法在资料占有的年代数较少时，其计算结果往往会有偏差。
数理统计法的精度和可信度虽然较高，但计算过程比较繁琐。
因此，在资料占有年代数较少时，接触网的设计一般常用变通法。
变通法：
设有n年的资料，按年份次序排列，每5年为一组，每组顺序相隔1年。
如，1-5年为第一组，2-6年为第二组，……以此类推，取出每组中的最大值，然后再取各组最大值的平均值，即
（3.3.1）
式中
——第i组中最大风速值（m/s）；
——占有资料的年份数；
——划分的组数。
在气象资料中，最大风速是指离地面10m高处、自记10分钟平均值。
由于我国风速仪高度不全为10m，自动记录的也较少，以往大都是每天定时记录4次2分钟平均风速。
因此，在求最大风速保证率以前，所收集和记录的风速资料必须经过风速仪高度、观测次数、观测时距离的修正和换算。
具体的换算方法在相关技术手册中可以方便地查到。
（二）最高温度
和最低温度
最高温度
和最低温度
应根据线路通过地区的实际极限温度并参考典型气象区确定。
为了便于计算，在数值上宜取与极限温度接近的5的整倍数值。
（三）最大风速出现时的温度
最大风速出现时的温度
，根据各地区而异。
即使是同一地区，也会出现有时高，有时低的现象的，故不易选出合适数值，一般是选取风速大而出现次数多的月份的温度平均值。
根据我国气候特点，南北方有所不同。
南方多出现台风，宜取用夏、秋季节某个月的平均气温；北方则多出现寒流风，宜取用冬、春季节某个月的平均气温。
至于长江中下游及中原地区，受上述两种影响都较严重，则应视其具体情况而定。
接触网的设计总是要根据当地气象资料并参考典型气象区的取值确定。
（四）接触线无弛度时温度
接触线无弛度时温度
，是选取接触线处于水平状态时的温度，这个温度可以根据接触悬挂的实际运营状态确定。
由于简单链形悬挂和弹性链形悬挂在温度变化相同时，其接触线弛度变化不同，故
取值就不相同。
分别为：
简单链形悬挂
（3.3.2）
弹性链形悬挂
（3.3.3）
接触线无弛度时温度的取值，一般比平均温度偏低，这样可以减小负弛度，增加正弛度，有利于改善接触悬挂的运营情况。
（五）吊弦及定位器处于正常位置时的温度
吊弦及定位器处于正常位置时的温度是取全年保持时间最长的温度，目前在设计中取该地区最高温度和最低温度的平均值，即
（2.4.4）
（六）覆冰厚度
接触线和承力索的覆冰厚度，是指圆筒形的冰壳厚度。
然而，事实上覆冰断面可能成为各种不规则的形状。
在覆冰季节，可用单位长度导线覆冰后的重量，换算出覆冰的平均厚度，即
（2.4.5）
式中，
——单位长度导线覆冰后的总重力负载（kN/m）；
——无冰时单位长度导线重力负载（kN/m）；
——导线半径（mm）；
——覆冰的密度（900kg/m3）。
接触线的覆冰厚度取承力索覆冰厚度的50%，不考虑吊弦及线夹上的覆冰荷载。
（七）线索覆冰时的风速
在无观测资料时，设计中覆冰时的风速取
，但在沿海及草原地区风速要大一些，此时可以取
。
（八）雷电日（或雷电小时）
雷电日——在一天24小时内发生了雷电现象，不管雷击次数为多少，都算作一个雷电日。
雷电小时——在一个小时内发生了雷电现象，不管雷击次数为多少，不管雷电活动持续一个小时还是几分钟，都算作一个雷电小时。
雷电日或雷电小时是表示一个地区雷电活动强弱程度的参数，一般用雷电小时比较精确。
设计中应向有关气象台、站收集该地区的实际年平均雷电日或雷电小时，作为接触网在大气过电压时防护设计的依据。
（九）隧道内气温
我国是一个地形复杂的国家，铁路长大隧道及隧道群地段较多，有关隧道内大气温度的确定是一个特殊的问题。
根据多年的观测与试验，在隧道中部的气温变化幅度明显要比隧道外小得多。
不管是日气温或年气温，其温差都要小。
通常设计中按以下数据处理：
隧道内最高温度较隧道外低10℃，隧道内最低温度较隧道外高5℃，而且不考虑隧道内覆冰及风偏影响。
3.4设计计算
3.4.1概述
计算负载分为垂直负载和水平负载两种：
（1）垂直负载对于简单悬挂，包括本身重量和接触线的覆冰重量等，链形悬挂包括本身的重量，即承力索、接触线、吊弦及线夹的重量，接触线及承力索的覆冰重量等。
（2）水平负载包括风负载和由吊弦偏斜所
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