高速铁路受电弓接触网系统的主要关键技术.docx

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高速铁路受电弓接触网系统的主要关键技术

高速铁路受电弓-接触网系统的主要关键技术

朱飞雄

【摘要】针对弓网匹配、主动控制受电弓等主要问题和高速铁路接触悬挂方式的比选、接触悬挂转换过渡、定位装置等接触网关键技术,从系统工程的角度出发,分析弓网系统不同结构或设计方式的背景,提出采用某种结构方式或设计技术的前提条件和注意事项.

【期刊名称】《中国铁路》

【年（卷）,期】2010（000）009

【总页数】5页（P28-32）

【关键词】高速铁路;受电弓;接触网;关键技术

【作者】朱飞雄

【作者单位】铁道部经济规划研究院,北京,100038

【正文语种】中文

【中图分类】工业技术

朱飞雄：

铁道部经济规划研究院，提高待遇高级工程师，北京，100058摘要：

针对弓网匹配、主动控制受电弓等主要问题和高速铁路接触悬挂方式的比选、接触悬挂转换过渡、定位装置等接触网关键技术，从系统工程的角度出发，分析弓网系统不同结构或设计方式的背景，提出采用某种结构方式或设计技术的前提条件和注意事项。

关键词：

高速铁路；受电弓；接触网；关键技术国内外高速铁路建设和运营经验表明：

与普速铁路相比，高速铁路具有高安全性、高平顺性、高稳定性、高可靠性、高精确度（“五高”）等五大特点；高速铁路受电弓一接触网系统要确保“五高”的实现，关键是处理好弓网炎系，解决好弓网匹配问题，由于弓网受流是在接触网和受电弓两者之问相互接触、运动中实现的，所以不仅受电弓和接触网本身应满足运动rf1的受流要求，而日一两者之间相互良好的配合同等重要，-28—1高速铁路受电弓1.1受电弓与接触线的匹配存国际铁路联盟（…（：

）有关标准、欧洲议会和欧盟理事会2008年7月18日共问颁布的《泛欧洲铁路系统兼容性指令》（2008/57/EC指令）Il1，对高速铁路的定义为：

新建时速250km及以上或提速到时速约200km的铁路既有线．《泛欧洲铁路系统兼容性指令》（2008/57/E（:

指令）把高速铁路分为路网、运输2大系统。

路网系统义分成_丁|务T程（基础设施）、供电、通（信信）号、机（车车）辆4个子系统；运输系统则分为运营维护、行车组织、环境保护3个子系统。

每个子系统均组建1个协调小组其中供电协调小组负责铁路供变电、接触网和，一孛蜃辞薅CHINESERAILWAYS2010/09摘要：

针对弓网匹配、主动控制受电弓等主要问题和高速铁路接触悬挂方式的比选、接触悬挂转换过渡、定位装置等接触网关键技术，从系统工程的角度出发，分析弓网系统不同结构或设计方式的背景，提出采用某种结构方式或设计技术的前提条件和注意事项。

“五高”）等五大特点；的实现，关键是处理好弓网炎系，解决好弓网匹配问题，由于弓-28—国际铁路联盟（…（：

）有关标准、欧洲议会和欧盟理事会2008年7月18日共问颁布的《泛欧洲铁路系统兼容性指令》（2008/57/EC指令）Il1，对高速铁路的定义为：

新建时速250km及以上或提速到时速约200km的铁路既有线．令）把高速铁路分为路网、运输2大系统。

路网系统义分成_丁|务T程（基础设施）、供电、通（信信）号、机（车车）辆4个子系统；运输系统则分为运营维护、行车组织、环境保护3个子系统。

每个子系统均组建1个协调小组RAILWAYS高速铁路受电弓一接触网系统的主要关键技术朱飞雄受电弓；机辆协凋小组负责机辆限界，机车取流限值，电压、频率及其允许偏差，机辆与变电所问的继电保护匹配，受电弓设置，电气列车通过电分相和供电制式转换点的规定等。

由于受电弓与接触网间是一个紧密相关的功能整体，因此受电弓尽管安装在动力车上，仍归入供电协涮小组的职责范同…？

由于工业、科技、电气化铁路及其相关技术发展水平、发展历史等诸多原因，欧洲各国的电气化铁路在电流制式和频率、供电方式和电压等级、接触网和受电弓的结构形式等均有较大差别。

？

经协调后，《泛欧洲铁路系统兼容性指令》（2008/57/EC指令）规定，欧洲互联互通铁路网范同内的电气化铁路应使崩弓头长度1600mm的欧洲标准碳滑板受电弓I引。

世界上新建高速铁路与既有线问的运输模式有3种：

一是日本的高速铁路与既有线间列车不跨线（不兼容）运输模式；二是德国、法国的高速铁路列车下线覆盖既有线（半兼容）运输模式；三是中国的高速铁路与既有线间列车跨线（全兼容）运输模式。

目前，我国高速铁路运营里程是世界第一，并且是唯一掌握在新建时速250km高速铁路上运行双层集装箱列车技术的国家。

但我国既有线上使用的受电弓弓头长度主要有1450mm（法国型式）、1950mm（德国型式）、2160mm（参考前苏联型式）等，品种类型较多、性能差异较大、几何外形不同。

以往曾多次发生因受电弓外形（弓头长度及高度、弓头两端的弓角等）与接触网不匹配而导致的钻弓）弓网事故或故障，以及冈钢滑板受电弓在铜接触线区段运行导致接触线寿命皿著缩短，我国高速铁路均采用铜合金或铜接触线，实践证明受电弓碳滑板最适用于铜合金或铜接触线，建议对我国高速铁路统一使用弓头长度1950mm的碳滑板受电弓进行评估，以确保我国高速铁路与既有线间列车跨线（全兼容）运输安全，，需要高度注意的是：

评估受电弓与接触线是否安全、良好匹配，不仅应在T程静态验收和动态检测时证实，在初步设计（基础设计）时应通过弓网动态模拟进行验证。

因为现场的动态检测不能反映线路最大运行风速（30m/s）、机车车辆（动车组）最大摆动等边界条件（工况）下的弓网匹配情况，只有弓网动态模拟才能实现。

CHINESERAILWAYS2010/09<二￡篡；！

滤，1.2研制新型受电弓与普速铁路相比，高速铁路受电弓产生的噪声娃著增大．德国1998年开通的柏林一汉诺威高速铁路设计时速为300km（最高允许运行时速为330km），实际正常运行时速为250km，特殊情况下（铁路故障后为恢复列车正点）运行时速可提高到280km。

列车运行时速超过280km后的噪声猛增，超过德国夜晚运行时的49rIB限值，受电弓产生的噪声成为列车运行的最大噪声源、我国曰前尚无适用于高速铁路的噪声限值标准，现行GB12525-1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》仅适用于普速铁路，我国现有的高速铁路部分区段的噪声尚不能满足该标准的要求。

受电弓噪声主要是受电弓（各种部件引起的）气动噪声、受电弓（与接触线间摩擦引起的）机械噪声、受电弓（离线拉电弧产生的）电弧噪声．降低受电弓气动噪声主要依赖机车车辆研制人员的努力；降低受电弓的机械和电弧噪声需要从接触网设计、施一I

一、检测等疗面以及受电弓方面采取措施。

受电弓产'_E的噪声还与升弓运行的受电弓数量相关。

为降低高速铁路受电弓产生的噪声，德国、日本、法国等为此进行了多年的研究和努力。

例如，日本高速铁路采取减少受电弓数量、受电弓间在电气上互相连接、增设并不断优化设计受电弓罩等措施j20世纪末，德国铁路公司和德国]．业界合作研发“主动控制（单臂）受电弓”（又称有源调节受电弓，ASP）、ASP的基本原理是在受电弓中加装接触力传感器和通过电脑数据处理快速调节接触力的执行机构，使高速运行时的弓网接触力变化范罔明显减小。

德国研发ASP的目的主要是：

（1）减少弓网故障及其对运输的影响（冈为高速列车制动距离较大，事故影响范围显著增加）；

（2）降低受电弓噪声，节省声屏障的建造费用；（3）提高受流质量，减小弓网磨耗。

2003年7月下旬，德国ASP在某既有线上进行时速200km的试验运行。

试验证明，ASP达到了上述目afjI3。

目前，德国ASP400型主动控制受电弓已进行商业运行j我国应加大ASP的研究力度和研发投入。

2高速铁路接触网高速铁路接触网的主要关键技术有：

接触悬挂方式-29-朱飞雄受电弓设置，电气列车通过电分相和供电制式转换点的规定等。

由于受电弓与接触网间是一个紧密相关的功能整体，因此受电弓尽管安装在动力车上，仍归入供电协涮小组的职责范同…发展历史等诸多原因，欧洲各国的电气化铁路在电流制式和频率、供电方式和电压等级、接触网和受电弓的结构形式等均有较大差别。

？

经协调后，《泛欧洲铁路系统兼容性指令》（2008/57/EC指令）规定，欧洲互联互通铁路网范同内的电气化铁路应使崩弓头长度600mm的欧洲标准碳滑板受电弓I引种一是日本的高速铁路与既有线间列车不跨线（不兼）运输模式；二是德国、法国的高速铁路列车下线覆盖既有线（半兼容）运输模式；三是中国的高速铁路与既有线间列车跨线（全兼容）运输模式。

目前，我国高速铁路运营里程是世界第一速250km高速铁路上运行双层集装箱列车技术的国家。

但我国既有线上使用的受电弓弓头长度主要有1450mm法国型式）、1950mm（德国型式）、2160mm（参考前苏联型式）等，品种类型较多、性能差异较大、几何外形不同。

以往曾多次发生因受电弓外形（弓头长度及高度、国高速铁路均采用铜合金或铜接触线，实践证明受电弓碳滑板最适用于铜合金或铜接触线，建议对我国高速铁路统一使用弓头长度1950mm的碳滑板受电弓进行评估，全良好匹配，不仅应在T程静态验收和动态检测时证速（30m/s）件工况）下的弓网匹配情况，只有弓网动态模拟才能实现。

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滤，增大．德1998年开通的柏林一汉诺威高速铁路设计时速为300km（最高允许运行时速为330km），实际正常运行时速为250km，特殊情况下（铁路故障后为恢复列车正点）运行时速可提高到280km。

列车运行时速超过280后的噪声猛增，超过德国夜晚运行时的49rIB曰前尚无适用于高速铁路的噪声限值标准，现行12525-1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》仅适用于普速铁路，我国现有的高速铁路部分区段的噪声尚不能满足该标准的要求。

受电弓噪声主要是受电弓（各种部件引起的）气动噪声、受电弓（与接触线间摩擦引起的）机械噪声、受电弓（离线拉电弧产生的）电弧噪声．降低受电弓气动噪声主要依赖机车车辆研制人员的努力；降低受电弓的机械和电弧噪声需要从接触网设计、施一I一、检测等疗面为降低高速铁路受电弓产生的噪声，德国、日本、法国等为此进行了多年的研究和努力。

例如，日本高速铁路采取减少受电弓数量、受电弓间在电气上互相连接增设并不断优化设计受电弓罩等措施j20世纪末，德国铁路公司和德国]．业界合作研发臂）受电弓基本原理是在受电弓中加装接触力传感器和通过电脑数据处理快速调节接触力的执行机构，使高速运行时的弓网接触力变化范罔明显减小。

德国研发ASP的目的主要是

（1）减少弓网故障及其对运输的影响（冈为高速列车制动距离较大，事故影响范围显著增加）；

（2）降低受电弓噪声，节省声屏障的建造费用；（3）提高受流质量，减小弓网磨耗。

200km的试验运行。

试验证明，ASP达到了上述目afjI3。

目前，国ASP400型主动控制受电弓已进行商业运29的比选、定位装置、接触悬挂转换过渡等，2.1高速铁路接触悬挂方式的比选高速铁路接触悬挂方式有以我国和德国为代表的弹性链形悬挂、以我同和法国为代表的简单链形悬挂、以日本为代表的复链形悬挂3种方式，2.1.1德国的弹性链形悬挂和直供加回流供电方式德国Re200,Re230，Re250，Re330系列标准接触网均采用弹性链形悬挂，与之相匹配的是碳滑板受电弓一除加大接触网张力外，德国时速300km以上铁路采川截面仅120mm-的铜镁合金接触线，以降低接触线的线密度，提高接触网的波动传播速度。

德同高速铁路均采J丹直供加同流供电方式，并将每个/i站上、下行接触网全并联，并采用载流承力索、载流吊弦等降低接触网阻抗，对接触网载流能力不足的铁路I又段增设加强线弹性链形悬挂静态弹性不均匀度较小，受电弓的运行轨迹较平缓，但接触网施工涮整难度较大、2.1.2法国的简单链形悬挂和2×25kV供电方式法I叫高速铁路均采用2×25k\i供电方式j法同第一条高速铁路（T（;V东南线）沿用其以往普速铁路的技术路线，采用弹性链形悬挂、钢滑板受电弓和结构允许抬升挝240mrn的非限位定位装置、、钢滑板受电弓与碳滑板受电弓相比，质鼙明显加大，受电弓静抬升力相应较大，列车在沿海地Ix．高路堤地段大风速下、以最高运行时速270km运行时，多次发生受电弓撞击定位装置的故障，以后的高速线不得不采用简单链形悬挂和结构允许抬升射iL.400mm的非限位定位装置，并采用碳滑板受电弓简举链形悬挂的结构较简单，施T涮整、运营维护及事c．史抢修较容易，但静态弹性不均匀度指标较差．2.1.3日本的复链形悬挂和2×25kV供电方式11本高速铁路均采用2×25kV供电方式。

日本早期高速铁路接触网受当时技术发展水平的制约和本身自然条件（岛同台风多）、升多弓（最多8台受电弓）运行的需要，采用复链形悬挂。

复链形悬挂结构复杂，造价高昂，维修困难日本高速铁路后来研究欧洲高速铁路接触网并减少到升双弓运行后，新近开通运行的北陆新十线、几州新干线等也采用简单链形悬挂。

理论研究、弓网模拟和实际运营表明，上述3种悬-30-挂方式定性上均能满足高速行驶要求，但定量（弓网仿真评价和受流质量）J二有所区别具体采用哪种悬挂方式，应经系统（弓网系统、受电弓子系统、接触网子系统、接触悬挂子系统、定位装置子系统等）动态模拟，并通过动态检测和运行试验证实。

我闺新建高速铁路主要采川弹性链形悬挂；时速200~250km提速既有线主要采用简单链形悬挂TB1062I-2009《高速铁路设计规范试行）》规定：

双弓或多弓取流时宜采用弹性链形悬挂。

．2.2高速铁路接触悬挂的转换过渡接触悬挂的转换过渡包括接触线高度变化区段、锚段关节、线岔等，其设计、施丁和检测是高速铁路接触网的难点。

2.2.1接触线高度变化区段与轨道平顺性类似，全线（长波）与局部（短波）的接触线T．作支高度应尽ll『能与轨面平行，以使接触悬挂具有良好的静态特性，为达到设计要求的接触网动态性能奠定基础~列41通过铁路轨道变坡点时，将产生不利于列车运行的车辆振动和局部加速度，冈此，轨道纵断面上的变坡点处不允许形成折线，而应采用竖It线。

与轮轨关系类似，接触线的高度发生变化（如接触网存低净空立交桥下通过）时，变坡点处接触线高度应以缓和曲线形式过渡，即接触线的坡度不允许从0（即接触线平行于轨）突然转换到某个较大的坡度值冈此，变坡段接触线高度（特殊）设汁和吊弦长度施T汁箅时，必须满足TB10621-2009《高速铁路设计规范（试行）》“设汁时速200~250km接触线坡度不得大丁l‰，坡度变化率不得大于0.5‰；设计时速300km以上接触线坡度为0的规定，2.2.2锚段关节锚段关节作为接触悬挂转换过渡的形式之一，其转换（过渡）长度和下锚支接触线的抬升坡度与线路设计速度正相关一转换过渡方式主要有2种，一是我国和德围高速铁路锚段关节一般采用奇数跨，两只接触线在跨中以抛物线转换过渡，简称跨中点过渡方式”。

二是法国高速铁路锚段关节一般采用偶数跨4跨（特殊情况，如fm线地段、转换长度太小导致下锚支接触线的抬升坡度过大时增加l跨到5跨），两只接触线平行、在巾／一孛l并置CHINESERAILWAYS高速铁路接触悬挂方式有以我国和德国为代表的弹性链形悬挂、以我同和法国为代表的简单链形悬挂、以日本为代表的复链形悬挂3种方式，2.1.1国的弹性链形悬挂和直供加回流供电方式Re230Re250Re330系列标准接触网均采用弹性链形悬挂，与之相匹配的是碳滑板受电除加大接触网张力外，德国时速300km以上铁路采川截面仅120mm-的铜镁合金接触线，以降低接触线的线密度，提高接触网的波动传播速度。

个/i站上、下行接触网全并联，并采用载流承力索、载弹性链形悬挂静态弹性不均匀度较小，受电弓的运行轨迹较平缓，但接触网施工涮整难度较大、2.1.2国的简单链形悬挂和2×25kV供电方式法I叫高速铁路均采用2×25k\i供电方式j法同第一条高速铁路（T（;V东南线）沿用其以往普速铁路的技术路线，大列车在沿海地Ix．高路堤地段大风速下、以最高运行障以后的高速线不得不采用简单链形悬挂和结构允许抬升射iL.400mm的非限位定位装置，并采用碳滑板受电及事c．史抢修较容易，但静态弹性不均匀度指标较差．日本的复链形悬挂和2×25kV供电方式本高速铁路均采用2×25kV供电方式。

日本早期高速铁路接触网受当时技术发展水平的制约和本身自然条件（岛同台风多）、升多弓（最多8台受电弓）运行的需要，采用复链形悬挂。

复链形悬挂结构复杂，造价高昂，30式应经系统（弓网系统、受电弓子系统、接触网子系统接触悬挂子系统、定位装置子系统等）动态模拟，并通过动态检测和运行试验证实。

我闺新建高速铁路主要采川弹性链形悬挂；时速200~250km提速既有线主要采用简单链形悬挂TB1062I-2009《高速铁路设计规范形悬挂。

．2.2高速铁路接触悬挂的转换过渡接触悬挂的转换过渡包括接触线高度变化区段、锚段关节、线岔等，其设计、施丁和检测是高速铁路接触网的难点。

与轨道平顺性类似，全线（长波）与局部（短波）的接触线T．作支高度应尽ll『能与轨面平行，以使接触悬挂具有良好的静态特性，为达到设计要求的接触网动态性能奠定基础~列41通过铁路轨道变坡点时，将产生不利于列车运行的车辆振动和局部加速度，冈此，轨道纵断面上的变坡点处不允许形成折线，而应采用竖It线。

与轮轨关系类似，接触线的高度发生变化（如接触网存低净空立交桥下通过）时，变坡点处接触线高度应以缓和曲线形式过渡，冈此，变坡段接触线高度（特殊）设汁和吊弦长度施T汁箅时，必须满足设汁时速200~不得大于0.5‰；设计时速300km以上接触线坡度为0的规定，2.2.2锚段关节其转换过渡）长度和下锚支接触线的抬升坡度与线路设计速度正相关一转换过渡方式主要有2种，一是我国和德围高速铁路锚段关节一般采用奇数跨，两只接触线在跨中以抛物线转换过渡，简称是法国高速铁路锚段关节一般采用偶数跨4跨（特殊情况如fm线地段、转换长度太小导致下锚支接触线的抬／一孛l并置RAILWAYS高速铁路受电弓接触网系统的主要关键技术心柱两侧各半跨转换过渡，简称“定位点升：

行段过渡方式”。

“跨中点过渡方式”是“定位点并行段过渡J’式”的受电弓在定位点并行段过渡期问将同时接触两支接触线，加之定位器的集巾重量，会使弓网间接触力增大，导致定位点处接触线局部磨耗加剧、。

定位点并行段过渡方式”则是高速接触悬挂的导线张力很大，接触网弹性已很小，加之接触线截面大、单位质量电大，定位点相对于跨中而言不能算是硬点，受电弓相i跨中过渡和定位点过渡已经没有本质IX别，实际运营表明，上述2种过渡方式的弓网关系均良好，