昆明鐵路供電段 陳 山

?

鐵科院法鐵試驗線簡介

昆明鐵路供電段 陳 山

該文依托鐵科環(huán)試驗線引進(jìn)法鐵設(shè)計、產(chǎn)品、施工，介紹法國鐵路情況、法鐵標(biāo)準(zhǔn)、高速鐵路設(shè)計參數(shù)的演變情況、高速受電與弓網(wǎng)關(guān)系、法鐵設(shè)計的幾個關(guān)鍵點及采用的重點零部件，為我國接觸網(wǎng)設(shè)計提供參考，以便在電氣化線路上推廣部分法鐵設(shè)計技術(shù)，提高我國接觸網(wǎng)設(shè)計水平。

法鐵 V350 接觸網(wǎng)設(shè)計

1 簡介

鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心接觸網(wǎng)零部件檢驗站成立于1992年，是國家計量認(rèn)證合格單位，在北京東郊有周長為9km的綜合性高速試驗環(huán)形線路，供鐵路運(yùn)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。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，SNCF負(fù)責(zé)TGV鐵路接觸網(wǎng)方案絕緣子以內(nèi)零部件（含吊弦）的供貨，在長達(dá)一年半時間的項目策劃、實施過程中，中國設(shè)計院和法國兩國技術(shù)人員克服了設(shè)計現(xiàn)場環(huán)境等諸多困難，最終促成了該項目的圓滿完成。

2 法國鐵路

法國交通運(yùn)輸非常發(fā)達(dá)，網(wǎng)絡(luò)稠密，水、陸、空運(yùn)輸極為便利。法國高速鐵路的主要車型是TGV高速動車組，已經(jīng)有超過30年的運(yùn)營經(jīng)驗，高速鐵路已占法國城市之間50%以上的客運(yùn)市場份額，個別區(qū)段已達(dá)100%，國內(nèi)鐵路網(wǎng)32000km，其中高速鐵路總里程為3930km，2007年4月，TGV E （東線）創(chuàng)輪軌世界紀(jì)錄574.80km/h。法國高速鐵路線路及運(yùn)營情況見表1。

表1 法國高速鐵路線路及運(yùn)營情況

3 法國標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是為在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，經(jīng)協(xié)商一致制定并由公認(rèn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，共同使用和重復(fù)使用的一種規(guī)范性文件。法國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（AFNOR）成立于1926年，比1947年2月成立的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）還早，法國鐵路標(biāo)準(zhǔn)辦公室（BNF）成立于1995年11月，由（AFNOR）賦予其行使制定、實施、維護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的職責(zé)。隨著歐盟一體化進(jìn)程，歐盟標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（CEN）開始制定歐盟統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（EN），歐盟標(biāo)準(zhǔn)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的不同語言版本（英語、法語和德語），其中，NF EN為法語版歐盟標(biāo)準(zhǔn)，BS EN為英語版歐盟標(biāo)準(zhǔn)，DIN EN為德語版歐盟標(biāo)準(zhǔn)。法國鐵路標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展較早，有一定的代表性及廣泛性。

4 法國高速設(shè)計參數(shù)的演化

1950年～1985年期間，法國交流接觸網(wǎng)采用附加彈性吊索來增加接觸網(wǎng)彈性，同德國類似。1985年，東南線取消彈性吊索，法國工程師認(rèn)為：(1)速度超過250km/h時，受流質(zhì)量與彈性均勻度關(guān)系不大，更大程度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；(2)電弧應(yīng)控制在1次/160m；(3)接觸力的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均接觸壓力的比值應(yīng)小于0.33；(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，定位點處抬高的安全系數(shù)為2。表2描述了法國幾條鐵路的主要技術(shù)參數(shù)。

表2 法國高速鐵路主要技術(shù)參數(shù)

5 高速受電與弓網(wǎng)系統(tǒng)

5.1 高速受電的特點

高速受電使接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性發(fā)生變化，空氣阻力遠(yuǎn)大于常速列車，空氣動態(tài)特性是影響高速受電的一個重要因素，高速列車所需的牽引功率遠(yuǎn)大于常速列車，若采用多弓受電必然會增加阻力，加大噪聲，并引起接觸網(wǎng)的波動干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。

5.2 接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng)

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)應(yīng)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）。

5.3 OSCAR動態(tài)模擬軟件

結(jié)合高速的特點，采用OSCAR動態(tài)模擬軟件進(jìn)行高速弓網(wǎng)模擬是提高運(yùn)行可靠的保證，OSCAR被用于創(chuàng)造最高速度記錄（574.8km/h）的設(shè)計中。

圖1 接觸網(wǎng)動態(tài)模擬

6 接觸網(wǎng)關(guān)鍵點的設(shè)計

6.1 道岔

道岔設(shè)計為無交叉方式，為了避免連續(xù)接觸線與行使在正線上的受電弓之間產(chǎn)生相互橫向干擾，在正線接觸網(wǎng)和渡線接觸網(wǎng)間安裝一個輔助接觸網(wǎng)，像錨段關(guān)節(jié)間的連接一樣。

6.2 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ERM自鎖螺母，其工作原理是對螺栓位于不同的且偏移180度的平面上的兩個區(qū)域間幾個螺紋的兩側(cè)施加作用力，采用此螺栓的優(yōu)點是：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）。

6.3 補(bǔ)償裝置

采用滑輪張力補(bǔ)償裝置，如圖2所示，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，這種方式簡單、低成本、效率最佳、安裝方便、少量維護(hù)（每10年進(jìn)行一次潤滑）、完全可靠，但缺點是沒有墜落保護(hù)裝置。

圖2 下錨裝配

6.4 電連接

僅在錨段關(guān)節(jié)使用電連接，最大限度取消電連接數(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，不存在螺栓扭矩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。

6.5 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250km/h時，受流質(zhì)量與彈性均勻度關(guān)系不大，更大程度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。取消彈性吊索避免產(chǎn)生硬點，避免磨損和增加事故風(fēng)險，降低移動荷載。

圖3 不同速度對應(yīng)的裝配形式

7 接觸網(wǎng)零部件描述

7.1 腕臂系統(tǒng)、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、較低的成本等優(yōu)點，鋁青銅鑄件與鋼有非常低的電偶，不需要導(dǎo)電線，具有良好的耐腐蝕性，轉(zhuǎn)動處鋁青銅具有良好的耐磨性（鋁鑄件沒有耐磨性），高的伸長率達(dá)到20%，其伸長率接近常用的Q235，而鑄鋁件只有8%，同時鋁青銅鑄件的強(qiáng)度δb（550/mPb）＞Q235（375～500 mPb）＞ZL101A（314/mPb），因此在轉(zhuǎn)運(yùn)與安裝中不存在斷裂失效現(xiàn)象。

7.2 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，避免了硬點的危險。

7.3 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)必須能夠自由運(yùn)動，并承受住隨機(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），高可靠性（沒有松動或者與受電弓碰撞的危險，無螺栓緊固，不存在因扭矩太大線夾開裂、因扭矩太小脫線等故障）。

8 SNCF與德國接觸網(wǎng)的比較

表3 SNCF與德國接觸網(wǎng)的主要技術(shù)比較

9 結(jié)束語

隨著鐵科環(huán)線改造項目完工及投入運(yùn)營，通過兩年的溝通交流，我們對法國的鐵路情況、法鐵的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計理念有了初步了解，其中的一些優(yōu)點,如網(wǎng)上無螺栓固定、5個滑輪補(bǔ)償裝置、冷拔鍍鋅鋼管腕臂系統(tǒng)、壓接頭的鋁定位器、無交叉方式道岔布置、OSCAR動態(tài)模擬軟件等，值得我國電氣化的設(shè)計、施工部門借鑒。

[1] 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司. 電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]. 北京：中國電力出版社，2003.

[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.

[4] 與法方設(shè)計督導(dǎo)技術(shù)聯(lián)絡(luò)的會談紀(jì)要和記錄.

[5] 鐵科環(huán)線基本設(shè)計.