劉長志

0 引言

北京東郊現(xiàn)有周長為9 km的綜合性高速環(huán)形試驗線路，供鐵路運輸裝備、線路裝備、通信信號設(shè)備、牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行試驗和檢驗用。中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司承攬了試驗線的改造設(shè)計工作，部分線路采用法國TGV鐵路接觸網(wǎng)方案，法國國家鐵路公司（SNCF，下文簡稱法鐵）負(fù)責(zé)TGV鐵路接觸網(wǎng)方案絕緣子以內(nèi)零件（含吊弦）的供貨，在長達(dá)一年半的項目策劃、實施過程中，該單位與法國技術(shù)人員通力合作，克服困難，圓滿完成了環(huán)行試驗線的改造。

1 主要設(shè)計思路

在既有的鐵科環(huán)形試驗線上改造 2 km接觸網(wǎng)，圖 1為錨段關(guān)節(jié)設(shè)計圖，左錨段按照國內(nèi)350 km/h設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，右錨段按照法鐵V350設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。按照國內(nèi)時速350 km設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，采用全補(bǔ)償彈性鏈形懸掛，為德國標(biāo)準(zhǔn)懸掛形式接觸網(wǎng)；按照法鐵V350設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，采用全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛，為法國標(biāo)準(zhǔn)懸掛形式接觸網(wǎng)。全線導(dǎo)線高度為5500 mm，結(jié)構(gòu)高度為1600 mm。設(shè)計線路試驗速度要求達(dá)到 160 km/h，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按照350 km/h進(jìn)行設(shè)計。接觸網(wǎng)設(shè)計滿足各種受電弓取流試驗。具體參數(shù)見表1。

表1 不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下的接觸網(wǎng)參數(shù)表

2 設(shè)計存在的問題

由于鐵科環(huán)形試驗線是在既有雙承力索、雙接觸線基礎(chǔ)上的改造工程，需要兼顧國內(nèi) 350 km/h設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與法鐵V350設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)有的場地設(shè)計存在以下困難：

（1）如何在有限線路范圍內(nèi)，將國內(nèi)350 km/h設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與法鐵V350設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)出來，也就是錨段如何劃分。

（2）國內(nèi)350 km/h設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與法鐵V350設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如何確定2套完全不同體系的參數(shù)。需要解決由于結(jié)構(gòu)高度不同導(dǎo)致支柱預(yù)留孔不同，由于腕臂的尺寸不同導(dǎo)致絕緣子的配套等問題。

（3）對于這2種不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行道岔設(shè)計是一個難題。

3 采用OSCAR動態(tài)模擬確定技術(shù)參數(shù)

高速受電要求接觸網(wǎng)在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)能保證正常供電，應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力，對接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求，需要動態(tài)模擬軟件進(jìn)行技術(shù)參數(shù)模擬分析，弓網(wǎng)系統(tǒng)必須滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50119、EN50317、EN50318、EN50367）。

結(jié)合高速鐵路的特點，采用動態(tài)模擬（OSCAR）軟件進(jìn)行高速弓網(wǎng)模擬是提高運行可靠性的保證，OSCAR已應(yīng)用在創(chuàng)造最高速度記錄（574.8 km/h）的設(shè)計中。

4 法鐵接觸網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵點

4.1 道岔

道岔設(shè)計為導(dǎo)向懸掛的無交叉布置方式，導(dǎo)向接觸懸掛位于正線和側(cè)線接觸懸掛之間，在道岔岔心附近區(qū)域?qū)蚪佑|線始終與受電弓接觸，使得受電弓平穩(wěn)地從側(cè)線過渡到正線或從正線過渡到側(cè)線，減小對正線接觸網(wǎng)的沖擊，導(dǎo)向接觸線亦不會出現(xiàn)非正常的磨損，該布置方式對速度適應(yīng)性更好，弓網(wǎng)受流性能更佳。

4.2 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），目前使用無螺栓固定（圖2）。達(dá)到重量最小，優(yōu)化動態(tài)行為；安裝快捷，方便，不會產(chǎn)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）。

圖2 無螺栓線夾例圖

4.3 補(bǔ)償裝置

采用滑輪張力補(bǔ)償裝置，一般采用5個滑輪將重力傳輸?shù)浇佑|懸掛上成為水平拉力，采用該方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率最佳（99%）、安裝方便、維護(hù)少（每10年進(jìn)行一次潤滑），安全可靠，缺點是沒有墜落保護(hù)裝置。

4.4 電連接

僅在錨段關(guān)節(jié)使用電連接，最大限度地取消電連接數(shù)量，避免電連接形成硬點，接觸網(wǎng)接線的電連接增加磨損速度和事故的風(fēng)險，采用無螺栓線夾減少受電弓碰弓危險，避免因螺栓扭矩的大小而影響線夾性能，通過設(shè)計保證了所有線夾的一致性。

4.5 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(rèn)為速度超過250 km/h時，受流質(zhì)量與彈性均勻度關(guān)系不大，其主要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(zhì)量。取消彈性吊索可以避免產(chǎn)生硬點，減小磨損，降低事故風(fēng)險和移動荷載。

5 法鐵接觸網(wǎng)零部件

5.1 腕臂系統(tǒng)和連接材料

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。鋁青銅鑄件與鋼之間有非常低的電偶，不需要導(dǎo)電線，具有非常良好的耐腐蝕性，轉(zhuǎn)動處鋁青銅具有良好的耐磨性（鋁鑄件沒有耐磨性），伸長率達(dá)到 20%，其伸長率接近常用的 Q235（25%），而鑄鋁件只有 8%，同時鋁青銅鑄件的強(qiáng)度σb（550 MPa）＞Q235（375～500 MPa）＞ZL101A（314 MPa），因此在轉(zhuǎn)運與安裝中不存在斷裂失效現(xiàn)象（圖3）。

圖3 法國腕臂安裝圖

5.2 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(yīng)受電弓不同的機(jī)械尺寸（抬升和擺動），無需限位塊，避免了產(chǎn)生硬點。

5.3 吊弦電連接

吊弦電連接需要同時實現(xiàn)鉸接和導(dǎo)電，電纜和壓接套管的過渡區(qū)需要特別注意導(dǎo)流環(huán)能夠自由運動，并承受隨機(jī)載荷。采用無螺栓固定設(shè)計，安裝快捷，方便，不會產(chǎn)生安裝錯誤（與螺栓緊固線夾相比），可靠性高（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 結(jié)語

隨著2010年8月鐵科環(huán)形試驗線改造項目的啟動，2012年1月完工并投入運營，通過2年多的溝通交流，將法鐵的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計理念進(jìn)行消化、吸收，其中的一些優(yōu)點若能獲得國內(nèi)電氣化的設(shè)計、施工借鑒，并將應(yīng)用至其他電氣化線路中，也就達(dá)到拋磚引玉的目的。文章中有不妥之處，敬請批評指正。

[1]Kie?ling, Puschmann, Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)譯.北京：中國電力出版社，2004.

[2]西南交通大學(xué). 接觸網(wǎng)設(shè)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(shè)計手冊-接觸網(wǎng)[M]. 北京：中國鐵道出版社，1983.