城市有轨电车工程接触网系统设计.docx

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城市有轨电车工程接触网系统设计

陈玲

（铁道第三勘察设计院集团有限公司电化处天津300251）

摘要：

研究目的：

作为城市轨道交通系统的一个组成部分，有轨电车系统虽然在我国使用的较少，但工程本身具有鲜明的特点。

本文研究的目的在于通过对有轨电车接触网系统设计原则、思路以及方案的论述，展现有轨电车接触网系统的特点。

研究方法：

以大连市有轨电车工程为例，通过理论分析、图解计算、方案比较等方法，对有轨电车接触网系统的设计进行论述。

研究结果：

在进行有轨电车接触网系统设计时，应在详细调研的前提下，对工程的实际情况进行分析,以确定最终的、合理的设计方案。

研究结论：

城市有轨电车系统和地铁、轻轨等城市轨道交通项目相比，有轨电车系统具有投资少、工期短、见效快的特点。

相对于其他城市轨道交通接触网系统而言，有轨电车接触网系统的设计需要更加注重和城市景观的结合和适应，充分利用有限条件突出细节设计。

关键词：

有轨电车；接触网系统；图解计算；城市景观

OverheadCatenarySystemDesignofCityTramwayProject

CHENLing

（TSDIG,Tianjin,300251,China）

Abstract:

Researchpurposes:

Beapartofcitytrafficsystem,thetramwayprojecthasdistinctcharacteristic,thoughtheapplicationofitisnotsowidely.Thepurposeofwritingthisthesisistobringforththecharacteristicoftramwayoverheadcatenarysystem,accordingtothediscussionsuchasthedesignprinciple,ideaandprojectetc.

Researchmethods:

AccordingtothedesignofDaLiancitytramway,thediscussionofhowtodesignatramwayoverheadcatenarysystemisbeingcarryonbythewayoftheoryanalyse,diagrammatizecalculationandprojectcomparisonetc.

Researchresults:

whenwebegintodesignatramwayoverheadcatenarysystemthefinalandlogicalprojectshouldbeconfirmedbytheprophaseandparticularinvestigationandtheanalyseundertheactualcondition.

Researchconclusions:

Comparedwiththesystemofsubwayandlightrail,tramwayhasthecharacteristicssuchaslowerinvestment,shortertimelimitandfasteract.Thedesignoftramwayoverheadcatenarysystemshouldpaymoreattentiontotheintegrateandadaptionwiththesighofcity.Atthesametimeweshouldpayattentiontothedetaildesighbyusingthelimitedcondition.

Keywords:

tramway;overheadcatenary;diagrammatizecalculation;sightsofcity

近年来国内很多城市都在大力发展城市轨道交通工程，其中以地铁、轻轨形式居多，而有轨电车形式只有大连、长春等地有所采用。

个人认为对于一些中小城市，在还不具备大规模建设地铁、轻轨项目的条件下，采用有轨电车的交通形式既可以合理利用城市现有地形，同时又可以较好地优化城市交通结构，较之地铁、轻轨项目具有投资少、见效快的优点。

接触网系统是有轨电车工程供电系统的重要组成部分，其设计原则和要求和地铁、轻轨工程基本相同，但又有所区别。

以下就大连市轨道交通201－203号线有轨电车改造工程为例，分析城市有轨电车工程接触网系统的设计。

1.工程概述

大连市轨道交通201-203路有轨电车改造工程起自沙河口站，沿西安路、长江路、世纪街、鲁迅路、华乐街，经兴工街、火车站、寺儿沟至终点东海园。

线路自沙河口至寺儿沟为既有电车线的改造，基本利用既有电车线线位，其中北京街至东关街段取直沿规划道路布置。

自寺儿沟至东海园为新建线路，其中寺儿沟至王家屯段线路基本走在鲁迅路及华乐街中央，王家屯至东海园段线路沿华乐街南侧。

工程正线全长12.036km，在兴工街设和既有202路有轨电车的联络线，全部为地面线。

共设车站20个，平均站间距619.7m，最小站间距为355m（市场街至东关街），最大站间距为1018m。

工程采用C型车，设计最高行车速度60km/h，供电额定电压为DC750V兼容DC600V。

2.有轨电车接触网系统设计原则

（1）满足工程最高行车速度的要求，安全可靠地向机车供电。

（2）由于线路多位于城市中心区，和机动车、人行道等混行，为保证安全性接触网系统绝缘标准采用双重绝缘标准。

（3）具有良好的受流条件和弓网关系，其结构形式力求简单、轻型、稳定性好、便于安装。

（4）接触网设备及零部件要技术先进、安全可靠、耐腐蚀性好，力争作到不维修或少维修。

优先选用满足设计要求的国产设备，以提高系统国产化率。

（5）接触网形式应最大限度和城市景观协调一致，为提高美观性，各接触网附加导线一般应采用电缆敷设。

（6）在条件允许的情况下，可考虑利用城市建筑物进行接触网的悬挂，减少支柱的数量。

3.接触网悬挂类型选择和导线配置

有轨电车接触网悬挂可选用补偿弹性简单悬挂或全补偿链形悬挂方式。

根据供电计算的导线载流截面，接触网悬挂方案及导线配置可以有以下三个方案

方案一：

采用补偿弹性简单悬挂方案的导线配置为1×120mm2接触线＋3×YJV-240mm2单芯电缆辅助馈线

方案二：

采用全补偿链形悬挂方案的导线配置为1×120mm2接触线＋1×120mm2承力索＋2×YJV-240mm2单芯电缆辅助馈线

方案三：

采用全补偿链形悬挂方案的导线配置为2×120mm2接触线＋2×120mm2承力索

就悬挂类型而言，补偿弹性简单悬挂其优点是结构简单，造价低，弹性吊索改善了悬挂点处的弹性和运行状态，满足有轨电车最高行车速度60km/h的要求，施工、维修方便，整体形象简洁、美观。

但是接触网系统的实际运营情况不理想，导线的磨耗比较大，据运营单位反映既有线路采用接触网简单悬挂方式的导线和受电弓的磨损非常严重。

方案二、三均为全补偿简单链型悬挂，其优点是弹性均匀、稳定性好，能满足较高的运行速度；缺点是结构较复杂，造价高，增加了施工和维修的工作量。

但方案三和方案二相比虽然受流条件稍好但悬挂线材多，结构复杂。

特别是有轨电车线路条件多受城市本身的道路条件制约，小曲线半径地段多，双导线方案会增加装配的难度，同时对城市景观的影响较大。

通过以上分析，本工程确定采用方案二即采用全补偿链形悬挂方案的导线配置为1×120mm2接触线＋1×120mm2承力索＋2×YJV-240mm2单芯电缆辅助馈线。

在个别曲线半径60m及30m地段为了简化悬挂装配，局部采用了简单悬挂方式。

图1小曲线半径地段采用简单悬挂方式图1

图2小曲线半径地段采用简单悬挂方式图2

4.支柱形式及悬挂结构选择

4.1支柱形式选择

城市轨道交通一般均采用钢支柱，根据结构形式可分为圆形等径支柱，锥形钢管柱和H型钢柱。

支柱技术经济性能综合比选表（同等容量）表1

支柱类型

技术参数

H型钢柱

圆形等径钢管柱

锥形钢管柱

柱底荷载（kN-m）

支柱高度（m）

所需断面尺寸（mm）

250×250

φ299×14（壁厚）

相应支柱重量（kg）

560

660

560

抗扭性能

差

好

抗弯性能

高

受力特性

有方向性

无方向性

生产工艺

简单

复杂

配套零件

统一

复杂

安装

简单

美观性

好

维修

容易

使用寿命

长

单根造价（元）

4800

6600

5600

从工程投资分析，H型钢柱造价最低，但由于支柱本身特性限制，抗扭能力差，而有轨电车线路情况复杂，需要支柱具备一定的抗扭能力，因此H型钢柱不适合有轨电车线路采用。

等径圆形钢柱和锥形钢管柱在抗扭性能及美观性方面都能满足工程需要，同等容量下，锥形钢柱的材料利用率更高，而且造价较低，因此采用锥形钢柱是理想方案。

4.2支柱设置以及悬挂结构选择

一般有轨电车工程均具备观光游览的作用，因此行车速度一般较低。

线路多位于市区中心较繁华地带，接触网支柱的设置不能影响其他车辆的正常行驶，一般只能利用有限的条件设于两线路中心位置或设于人行横道上，而设于人行横道时又不能影响城市建筑。

综合考虑以上因素，制定以下支柱设置以及悬挂结构设置的原则：

4.2.1线间距大于等于3.8米线路并行地段采用支柱立于两线路之间的方案，即一根支柱两侧各悬挂上下行接触网。

在和无轨电车并行地段支柱还需考虑和无轨电车合架（本工程和既有无轨电车存在并行地段）。

图3线路中间立柱悬挂示意图（有轨电车网）

图4线路中间立柱悬挂示意图（有轨及无轨电车网合架）

4.2.2线间距小于3.8m地段采用软横跨方式，支柱设于人行横道上，支柱基础距人行横道边约500mm。

正线一般采用链型悬挂，特别小曲线半径地段采用简单悬挂。

图5链型悬挂软横跨悬挂示意图

图6简单悬挂软横跨悬挂示意图

5.带横棚拉线悬挂结构支柱容量计算

本工程个别地段曲线半径分别为R＝30m；R＝60m；R＝80m而且位于市区中心地段，由此导致支柱跨距值无法满足以上特小曲线半径的悬挂及拉出值要求。

在以上几处必须采取特殊设计悬挂方式才能满足技术要求。

参考无轨电车在小曲线半径地段的悬挂方式，本工程在R＝30m；R＝60m；R＝80m处均采用了类似无轨电车棚拉线的悬挂方式，即曲线处支柱在不同高度位置各悬挂几根棚拉线（棚拉线的根数需根据曲线半径计算拉出值确定），将大跨距值分解成几份满足拉出值要求的小跨距值如图7及图8所示。

图7未采用棚拉线辅助悬挂俯视示意图

图8采用棚拉线辅助悬挂俯视示意图

由图7和图8可以看出采用棚拉线辅助悬挂后，相当于将不满足拉出值的大跨距值分割为满足要求的几份小跨距值，采用以上方法只要根据曲线半径计算出所需的跨距值，可以将接触线分成任意需要的份数以满足拉出值要求。

（图中粗实线表示辅助棚拉线）

悬挂棚拉线的支柱由于不仅需要承受正常悬挂的荷载，同时还需要承受棚拉线的拉力荷载，因此支柱的容量需要特殊进行计算，以满足悬挂荷载要求。

以下简要介绍棚拉线作用于支柱拉力的图解计算方法

5.1曲线处简单棚拉线张力图解计算

图9简单棚拉线图解示意

图9中“1”、“2”表示接触线的方向，接触线在棚拉线AB的作用下形成夹角“a”，求棚拉线AB作用于支柱的拉力。

图解方法：

在平面图上任取一点E，作EF平行于“1”，EF代表接触线段1，按一定比例截取EF＝60mm（可以为任意值）代表额定张力1200kg；同样作EG平行于“2”，EG代表接触线段2，按一定比例截取EG＝60mm（可以为任意值）代表额定张力1200kg；连接FG，则EFG构成一个力的三角形，量取FG线段长度，按示例比例（60mm＝1200kg即1mm＝20kg）即可得出AB棚拉线作用于支柱的张力。

5.2曲线处“Y”型棚拉线张力图解计算

图10中“1”、“2”表示接触线的方向，接触线在棚拉线AC和BC的作用下形成夹角“a”，求棚拉线AC、BC和CD作用于支柱的拉力。

图10“Y型”棚拉线图解示意

图解方法：

继续将棚拉线CD的受力分解为棚拉线AC和BC方向的力，在示例图上作FH平行于棚线AC，作GH平行于棚线BC，两线相交于H点，分别量取FH及GH的长度，按示例比例（60mm＝1200kg即1mm＝20kg）即可得出棚拉线AC和BC作用于支柱的张力。

以上的图解方法可以很简单准确的计算出小曲线半径悬挂处辅助棚拉线作用于支柱的拉力，图解的方法也可以作为一般腕臂柱接触线或承力索张力的校验。

6.供电辅助馈线及回流系统设置

有轨电车的设计应在满足技术要求的前提下尽量维护城市景观的美观性，复杂的导线配置严重影响了市区线路沿线的景观，为避免此问题，本工程的辅助供电馈线，回流系统的负馈线以及接地线等均采用了沿线敷设电缆的方式，虽然在一定程度上增加了工程投资，但最大限度保证了城市景观的美观性。

本工程供电辅助馈线采用YJV-240单芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，每个供电区段设2根，每200-250m和上下行接触网并联一次；负馈线采用YJV-240单芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，全线设2根，每200m和左右走行轨并联一次,并引入变电所；接地电缆采用YJV-70单芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，和支柱法兰盘加筋板接地孔连接,并引入变电所接地网。

电缆的敷设采用电缆沟敷设，在每个支柱处均设置人孔便于施工安装和系统维护。

7.和城市景观的结合

有轨电车工程在城市重点地段应重点考虑和城市景观的结合适应，在特殊设立支柱比较困难的地段可以考虑和建筑物合架，即利用既有建筑物的结构悬挂接触网。

但设计时必须考虑既有建筑物的承载力，对是否可以满足接触网悬挂荷载进行结构校验，在保证安全合理的情况下才能考虑合架方案。

在人流量较大的地段，应适当考虑一些特殊的设计方案。

本工程由于线路经过大连火车站站前广场，此处车流、人流量都较大，考虑到以上因素，在线路、轨道等其他专业的配合下，将此地段的线间距增加到不小于3.8m保证接触网支柱可以立于两线路之间，接触网通过特殊设计，采用不打拉线的锚柱，最大限度维护了站前广场的美观性。

图11大连火车站前效果图1

图12大连火车站前效果图2

8.需要注意的问题

8.1前期实地考察以及调研

有轨电车工程本身具有鲜明的特点，其线路周边条件相对复杂，需要考虑的影响因素较多。

在实施设计之前实地的考察以及调研工作非常重要，在考察过程中需要了解沿线设施情况、和有轨电车线路混行的机动车、非机动车道的设置情况以及哪些主要地段需要作特殊设计处理，哪些既有的建筑可以利用，考虑景观影响哪些主要建筑物的一定范围内不能设立支柱等等很多的限制条件都需要本专业有针对性的考察才能得到详实的一手设计参考资料，而仅靠站前线路等专业提供的测量资料是无法满足接触网系统的详细设计的。

例如大连有轨电车工程设计过程中，在调查时没有注意重点建筑物的位置，支柱恰好设在某饭店门口，在施工时才发现问题，导致设计返工、变更等问题。

而火车站前广场的设计，由于事先的调查工作比较详细，既有线路可合架利用的支柱的位置、建筑物的控制范围、沿线地下人井的位置都一一作了测量，作到有备无患，为施工图设计积累了宝贵的资料。

8.2人身安全

本工程的支柱基本上均设置于人行横道上，因此，为保证行人的人身安全性，系统的悬挂结构采用了双重绝缘措施，即承力索和接触线的悬挂结构均为双重绝缘安装。

腕臂悬挂时承力索的双重绝缘通过腕臂的绝缘子以及和承力索座连接的悬式绝缘子实现；接触线的双重绝缘通过腕臂的绝缘子以及特殊的绝缘定位器实现，软横跨悬挂时承力索的双重绝缘通过定位绳的绝缘子以及和定位环线夹连接的悬式绝缘子实现；接触线的双重绝缘通过定位绳的绝缘子以及特殊的绝缘定位器实现。

图13双重绝缘腕臂安装示意图

图14双重绝缘软横跨安装示意图

9.结论

综合以上设计方案的分析，有轨电车系统和地铁、轻轨等其他城市轨道交通系统相比，在设计中需要考虑更多的细节因素，同时也需要建设部门提供更多的协助，以保证最终的设计成果既要满足系统功能又可以实现和既有设施特别是和城市景观的结合，体现有轨电车工程的优势和特色，使其成为城市景观的一部分。

参考文献：

[1]GB50157-2003，地铁设计规范[s]

[2]GB50017-2003，钢结构设计规范[s]

[3]TB/T2073-2003，电气化铁路接触网零部件技术条件[s]

[4]无轨电车架空线网天津市电车公司，武汉市电车公司主编

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