刚性接触网.docx
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刚性接触网
刚性接触网
授课稿
2005年12月27日
第一节：
刚性接触网的应用情况
刚性悬挂接触网主要有“π”型汇流排+接触线、“T”型汇流排+接触线、第三轨接触轨等几种形式。
目前国内，北京地铁采用第三轨——“接触轨”形式，重庆轻轨较新线采用了“T”型汇流排+接触线的悬挂形式，而结构简单、性能优良、维护方便的“π”型汇流排+接触线的悬挂形式自1895年首次在美国巴尔的摩第一条电气化铁路中得到了应用之后，1961年在日本的营团地铁日比谷线投入使用，1983年在法国巴黎的PATPA线投入使用。
由于其各方面的优良表现，目前国内外已将其作为地铁接触网的主要悬挂方式。
在国内，这种安装形式已被广州地铁二号线、广州地铁三号线和南京地铁一号线所采用。
目前在上海地铁正准备采刚性接触网的有上海轨道9号线、上海轨道交通8号线、上海轨道交通6号线、上海轨道交通7号线和上海轨道交通11号线。
正准备采用刚性接触网的城市有：
沈阳地铁、深圳地铁等。
它是由铝合金汇流排嵌入接触导线，悬挂于轨道线路上方，向地铁列车输送电能的装置。
刚性悬挂接触网主要组成部件：
汇流排、汇流排连接接头、终端汇流排、绝缘支持装置、中锚固定装置、刚柔过渡装置、刚性电连接线夹装置、维修临时接地线夹。
第二节刚性接触网的特点
优点：
一、减少隧道净空的需要
汇流排在隧道内占用很小的安装空间，而在同样条件下，传统的柔性接触网是很难达到了。
这样来就降低了新建隧道的工程预算，进而降低了整个地铁工程的成本。
（1）刚性接触网无外加张力，无需张力补偿装配置。
（2）刚性接触网结构简单，占用净空小。
排的高度为110mm，宽为85mm，其截面积达到2213.7mm2，其载流相当于1200mm2的铜导线。
即8*150mm2。
汇流排加上支撑装置和电气安全距离，从汇流排接触线底部至隧道顶部也只需要350mm左右。
一号线采用德国的弹性底座，采用了4根150mm2的馈线和2根120mm2，载流截面积才840mm2。
二、无外加张力
子刚性悬挂接触网汇流排和接触导线不存在外加的机械张力，没有存在突发断线的潜在威胁，也无须担心由于接触导线过度磨损而导致断线，使接触网系统的运营安全可靠性大大得到了提高，同时也增加了系统的可维护性，减少了运营过程的频率，减轻了维护人员的负担。
三、绝缘锚段关节
刚性悬挂接触网系统正线采用绝缘锚段关节进行电分段，无需再单独采用分段绝缘器，从而减少投资，且保证了正线接触网系统的相对连续性，提高接触网系统安全性、可靠性。
而柔性接网正线区间，由于隧道净空的原因往往无法采用绝缘锚段关节。
四、散热性好，运营可扩展性
汇流排类似一个散热器的形状，可以显著的改善散热效果。
这种散热效果和无需张力可以防止铝排和接触线的过热。
一旦安装汇流排就无需担心线路繁忙和线网短路。
（如列车运行间隔2分钟，也无需额外增加的电缆）
五、受网关系更好
由于刚性接触网导高的要求的误差很小，受电弓在高速滑动过程中的波动就很好，增加了受电弓的稳定性。
六、平面布置方便
刚性接触网可根据需要，在特殊的地方设计为可移动的形式。
如在地铁车辆段检修库、隧道段人防门、防淹门等地方其优越性十分明显。
缺点：
一、技术要求高
设计对刚性悬挂系统性能要求很高，在设计时要根据设计的车辆运行速度合理的布置支撑点的间距，根据温度变化合理的布置锚段长度。
施工中，有大量的测量工作。
如前期的支撑点的测量、锚段关节位置的确定，锚段长度的测量。
后期的支撑的高度、汇流排的高度、支撑点的拉出值、锚段关节的测量等。
由于导线的高度误差范围非常小，大大增加了调整的难度。
二、材料的运输难度增大
由于刚性悬挂采用硬质铝合金材质，施工过程中的一个小小的失误都可能造成难以恢复的永久性缺陷，例如不小心造成汇流排永久变形，有可能在锚段中间形成无法修正的缺陷，它不可能象柔性悬挂那样可以通过系统本身的匹配关系进行弥补。
因此，在刚性悬挂施工过程中对系统关键点的控制的人员、技术、设备就显得犹为重要，它将决定整个项目工程的竣工质量。
第三节刚性接触网设计的一些基本技术参数
刚性接触网根据各线路情况进行灵活的设计，现在在广州、南京地铁已成熟的设计的技术参数主要是：
一、支撑点间的跨距
列车时速
80公里
100公里
120公里
跨距
12米
10米
8米
但在实际中，为了保手的做发为80公里时速设计的跨距为8~10米。
二、汇流排的材质
到目前为止都采用符合铝合金牌号6101B
6101B是国际公认特别适用作导电材料的铝合金，其特点是电阻率低，适用于承载大电流负荷的场合使用，耐腐蚀性能好，材料经热处理硬化及强度提升后具有优良的机械性能，有利于降低汇流排的驰度从而可增大悬挂支撑点的跨度，减少悬挂的数量，节省工程材料。
三、接触导线高度
一般为4040mm。
四、拉出值
一般为±200mm，一般一个锚段为一个正弦波。
半波长约120m左右。
五、锚段长度
一般为250m。
六、锚段关节
采用汇流排平行重叠（包括汇流排终端在内）方式，非绝缘锚段关节水平间隙为200mm，绝缘锚段关节为300mm。
采用重叠式关节一般的车速在120公里以下，如超过去120公里可采用膨胀接头的方法。
七、铜铝过渡防电腐蚀
现在一般采用导电油脂及渡锡的方法。
第四节刚性接触网的主要组成说明
刚性接触网主要适用于隧道内，其主要组成为：
支撑、绝缘子、绝缘子、汇流排线夹、汇流排、铜银接触导线，地线等组成。
其也有电联接、分段绝缘器、中心锚节、锚段关节、刚柔过渡、供电开关引线等相关的设备等，不需要馈线。
下面分别作介绍。
一、支撑
汇流排支撑装置是通过锚栓固定在隧道顶部。
一般锚栓采用高强化学锚栓，安全方便。
锚栓在安装完成要做拉力试验。
使用这种支撑，可以通过调整螺栓来实现垂直方向的调整，拉出值可以通调整支架的绝缘子位置来实现。
汇流排的热膨冷缩通过悬挂夹上滑动来实现。
二、绝缘子
目前主要采用了广水电瓷厂和苏州电瓷厂的产品。
其高100mm，直径为200mm，外露螺栓为M16，外露一般为55mm。
三、汇流排线夹
汇流排线夹不能和铝排发生电腐蚀，必须使用铝或者铜铝合金。
用于悬挂汇流排的悬挂夹由两个半夹通过CHCM8的螺栓连接组成，螺栓紧固力矩是8牛米。
这种悬挂方式非常简单，无需特殊工具就可以拆卸，方便维护。
悬挂夹的作用是承受汇流排的重量。
悬挂夹必须确保能够承受汇流排的重量和受电弓通过时施加的压力，并在意外发生时防止汇流排的脱落。
在垂直方向悬挂夹可以承受2000daN的拉力。
这通过在悬挂夹上方的固定螺栓和一个类似于铝排形状的钢件之间施加一个向下的力来试验，拉力每秒增加500牛直到出现机械损伤为止。
为了避免汇流排伸缩的拉力和在伸缩时产生硬点，汇流排必须能够在汇流排内滑动。
因此，汇流排通过穿在其中间的50mm长特氟龙螺栓挂固定悬挂夹上。
悬挂夹不能卡死铝排。
相反，应该轻轻地挂住铝排，并且在受电弓通过时允许其抬高从而避免硬点。
这是通过铝排和悬挂夹间的3mm的间隙实现的。
为了避免铝排的内部应力，汇流排必须可以自动适应弯道和拉出值的变化。
为实现这一目的，悬挂夹设计为可以围绕其顶部的固定在钢结构上的M16的螺栓旋转。
四、汇流排
铝排的外形：
——汇流排高度：
110mm
——汇流排顶部宽度：
85mm
——汇流排的最大电阻：
15.5×10-6Ω/m
——汇流排载流：
3700A
——汇流排重量：
5.9Kg/m
——制造长度
单位制造长度为定尺长度12+0-5米，定尺长度制造允许偏差为-5mm，其两端无切口余量。
这种设计制造便于安装、维护。
——化学成分
6101B铝合金材质的化学成分：
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Cr
Zn
单个杂质
杂质合计
Al
6101B
0.3~0.6
0.1~0.3
0.05
0.35~0.6
0.1
0.03
0.1
余量
6063
0.6~0.9
≤0.35
≤0.1
≤0.10
0.4~0.6
≤0.10
≤0.1
≤0.05
≤0.15
余量
——表面质量：
汇流排表面不允许有裂纹、腐蚀斑点和硝盐痕迹；
汇流排表面允许有不超过缺陷所在部位壁厚公称尺寸8%的起皮、气泡、表面粗糙和局部机械损伤，但最大深度不得超过0.5mm；
汇流排需加工的部位，其表面上的允许缺陷深度不得超过加工余量。
夹口的弹性
为了确保铝排的夹口可以牢固的夹住接触线，必须检查夹口能够被撑开放入接触线并且不会产永久变形。
一旦接触线嵌入之后，铝排的弹力足以使得接触线被夹紧。
试验是在400mm长的试样上进行的。
试验前，夹口的开口是5mm。
F（Kg）
L1（mm）
L0（mm）
2
5.5
5.2
5
6.0
5.3
7
6.3
5.3
10
6.6
5.3
15
7.4
5.3
20
8.3
5.3
25
9.1
5.35
30
9.8
5.4
35
10.7
5.4
接触线的两个沟槽根部间的距离一般是6.9mm。
这个距离相当于在41mm的铝排上加11.8Kg的力，或者是在10mm的铝排上加2.8Kg的力。
安装接触线时，一般是施加25Kg的力把夹口撑开至9mm。
撤除外力后，如果有0.35mm的变形是允许的。
铜铝间的相对膨胀
为了不影响汇流排的正常伸缩，有必要检查铜和铝的伸缩是否在同一个范围。
试验过程如下：
将一段接触线嵌入铝排。
在20℃时测量各部分的长度。
温度升至50℃，再次测量相关长度。
上面的测量数据表明铜铝的膨胀量是相等的（0.6mm），而根据理论计算应该有0.3mm的差别。
这说明铝排的夹口的夹力可以避免出现铜线比铝排膨胀小的情况。
五、接头（连接板）
连接板用于连接相邻的铝排。
连接板在设计时考虑了换线小车的通过。
为了保持物理性能的连续性（包括机械和电气性能），连接板用和铝排同样材质的铝合金制造。
考虑到连接板的上面通常接触不是很好，在每块连接板的表明上加工了两条凹槽，用来和铝排接触。
除了凹槽之外，必须保证相连接的铝排的对正。
为此，每块连接板具有适合自动的外形。
每块连接板有8个穿固定用的M8螺栓的孔。
每个螺栓头和铝排的中间放一个Nomelcontact和JZC垫圈。
为了保持孔洞完好，紧固力矩不能超过20Nm。
连接板的截面是1150mm2，长度是400mm。
六、弯头（或终端）
弯头由一端弯曲的7.5m的汇流排制成。
弯头的斜面长1500mm，端部抬高70mm，这是为了满足最大斜度不超过1/20。
弯曲处的半径是6m。
弯曲时必须保证汇流排夹口的开口在4.7到5.3mm之间。
在弯头另一端钻有连接用孔。
弯头安装在每段的端部，用做膨胀接头、绝缘分段或者是道岔。
斜面部分是出于安全的需要。
实际上，例如在膨胀接头处的弯头按下面方法调整：
受电弓从一段弯头的直线部分过渡到另一弯头的直线部分，不接触斜面部分。
七、过渡元件
过渡元件的长度为5m。
它是由普通铝排经过加工其顶面而制成。
加工是为了减小惯量和增加末端的弹性，这些措施是为了使受电弓可以无硬点的从柔性网向刚网过渡，同时又不削弱受电弓的接触压力。
然而这样加工又减小了铝排夹口夹持铜线的弹力。
在铝排上间隔480mm共钻了7个通孔，并用15mm的力矩紧固7个M10的不锈钢螺栓。
安装这些螺栓之后，夹口的弹力就可以得到保证。
在过渡元件的底面有一个60*200的缺口用来放置接触线的固定夹，这个固定夹可以防止接触线因受到柔性网接触线的拉力而在铝排内滑动。
在另一端钻有8个用于安装连接板的孔。
八、中心锚节
为防止温度变化，汇流排及导线的滑动变化瑞设置的。
其作用与柔性接触网差不多。
九、电联系线夹
本装置是用于电缆和汇流排、汇流排段间的电气连接。
每套连接块由两个水平夹持在汇流排上方的半块正对着连接而成，两个半块用M10的不锈钢螺栓连接，紧固力矩是15牛米。
两个半夹中间的沟槽是为了限制和调整铝排的夹口。
每个连接块钻有两个直径13mm的孔用于安装电缆的线鼻子。
如果使用铜电缆，必须在连接板上涂抹导电油脂。
每个半块长100mm。
馈电板和铝排的接触面积是1000mm²，可以通过1200A电流。
如果电流大于1200A，就要使用多个连接板。
十、接地装置
为了确保检修时工人的安全，必须通过专用的接线柱将接触网接地。
接线柱一般用于柔性网的接地，不能直接用于刚性网。
接地装置安装在铝排的上面，有一个16mm杆用于接地。
每个接地装置由四个用于固定铝排的半夹组成。
半夹用CHCM8的不锈钢螺栓正对着连接，螺母可以被半夹自锁。
紧固力矩8牛米。
第五节刚性接触网的安装
一、汇流排加工
在有的锚段汇流排安装当中，需要重新加工汇流排长度，在施工现场如何保证其加工的精度是很重要的，有两个关键控制点，一是加工的切口要平整，二是加工的连接孔位置要精确，不然在与相邻的汇流排相连接的时候会导致接头不在同一平面上，接头处汇流排不密贴或者上下有高度差，接触线会在此处形成一个硬点，对运行中的受电弓形成一个冲击，影响电力机车的受流质量，严重的情况下会造成弓网故障，影响行车，烧伤接触线，缩短设备的使用寿命，因此，如何控制好加工汇流排的质量是一个关键的步骤。
首先我们必须有一个加工平台，和专用的手动切割机。
根据测量的锚段长度，计算出汇流排的根数和需要加工的汇流排的长度，加工后的汇流排要求编号，以便按编号连接。
二、接触线架设
由低净空作业车+放线作业车组成刚性悬挂架线作业车组。
放线作业车在前，低净空作业车在后，往前推动接触线线盘进行接触线架线。
架线流程
1.换线小车、2.涂油装置、3.牵引绳、4.汇流排、5.接触线、6.安装方向
架线安装示意图
1、在第一、二个悬挂定位点两端，用锚固线夹卡住汇流排，使汇流排在放线时不能滑动。
2、将接触导线穿入注油器内，用排刷将导电油脂均匀涂抹在导线两凹槽内，注意导线工作面向下，不得翻转。
涂油装置如下：
涂油装置是一个充满油脂的筒状物，接触线从中穿过。
筒的两端用盖板封闭。
涂油装置由工作车牵引，接触线进入并涂油。
在出口盖板处有一个环，用于刮去接触线表面的油脂。
这样就只有接触线的凹槽涂上了油脂。
对于不同型号的接触线，都有相对应的环。
3、在汇流排上安装好架线小车，调整架线小车，将接触导线从汇流排终端端头嵌入汇流排。
架线小车操作程序如下：
它有四个水平运行在铝排下水平面滚轮A和四个运行在铝排下面卡脚沟槽里面的直径稍大些的滚轮C。
所有这些滚轮都装有滚珠轴承。
增加滚轮C的间距，可以扩大铝排的夹口。
滚轮E把接触线向上压入夹口的合适高度。
在汇流排上安装换线小车时，首先松开螺栓B，以空出滚轮A安装需要的侧面轨腰的位置。
然后调整螺栓D，使得滚轮C把沟槽的间距扩大至需要的尺寸。
为了保证换线小车的正确位置，螺栓B旋至轨腰侧面，把滚轮A导入其运行面。
调整好换线小车之后（滚轮C进入凹槽，滚轮Ａ的侧面接触良好），旋转螺栓D以扩大滚轮对C的间距。
当接触线可以嵌入铝排的夹口中时，滚轮C的间距就可以了。
滚轮对C的间距也不能太大，否则接触线不能很好的嵌入，并且移动换线小车需要的牵引力会很大。
确认接触线没有扭曲，其两侧的沟槽准确的对着铝排的夹口。
调整好滚轮C的间距并检查接触线嵌入在正确位置后，旋转螺栓F以升高滚轮E，将接触线压入夹口的正确高度。
拖动换线小车，铝排被撑开，接触线就被嵌入，然后夹口闭合卡住接触线。
安装过程中，注意在接触线上涂好油脂，并且没有扭曲的铝排和铝排对正。
进一步，保证从换线小车出来的接触线的两侧凹槽准确嵌入夹口。
4、安装好注油器，启动电动注油装置，把导电油脂注入接触线两凹槽内。
注油器始终处于放线小车前方，在接触导线上顺畅滑行。
5、架线小车用拉线固定于前端牵引支架上，由车辆带动前进，牵引支架适时调整使牵引方向始终位于汇流排正下方，牵引支架与接触线铜导槽组联动，接触导线展放顺滑自然。
牵引支架设有紧急脱扣装置，在列车前进中，如遇到架线小车被卡住时，拉线应能随时脱离牵引支架，防止拉坏整个汇流排结构。
6、架线作业车组以每小时2公里均速架线。
仔细检查接触线嵌入状况，如发现接触线嵌入不到位时，及时停车，退回架线小车（张力放线车不得后退），退出此段线，重新用架线小车嵌入汇流排。
7、接触线架设至汇流排末端时，在架线小车到达汇流排弯曲端前，放线车辆停车。
把接触线导入汇流排终端，锁紧终端螺栓，接触线沿终端方向顺直外露100～150mm，用钢锯断开接触线，并用挫刀将端头打磨平整光洁,并将其向上弯曲。
从汇流排卸下架线小车。
三、汇流排排调整
1、定位点处的调整
汇流排的支撑装置固定在隧道顶部。
支撑装置由固定铝排的悬挂夹、绝缘子悬吊槽钢、固定螺栓、槽钢底座（矩形隧道）等零件组成。
支撑装置提供三个方面的调整范围：
拉出值调整、高度调整、在弯道处的坡度调整。
定位示意图
拉出值调整：
和传统的接触网一样，汇流排在运行方向上布置成“Z”形，拉出值的实际形状看起来像正弦波，在一个锚段的范围内，一般有一个至二个波形。
设计原则一般只是在一个波形范围内确定最大与最小拉出值的大小，在其相邻的定位点处让汇流排自由过渡，以汇流排不出现硬弯为原则。
拉出值调整是通过悬吊槽钢上的调节孔来调整拉出值大小的。
高度调整：
为了补偿在隧道顶部的安装误差，支撑装置必须在高度方向提供±15mm的调整范围。
一般是通过调整固定螺栓来调整整个支撑结构的安装高度，汇流排的导高误差范围控制在3mm以内，测量时以激光测量仪测量。
在弯道处的坡度调整：
支持装置必须与弯道处轨道的超高相适应，使悬吊槽钢保持与钢轨连线成平行状态，从而使接触线保持与受电弓的垂直状态。
避免了接触线的偏磨，增加了接触线的使用寿命。
在具体施工时，首先用道尺测出刚性悬挂定位点处的钢轨超高，利用三角函数关系式计算出相应的悬吊槽钢一侧的抬升量，调整固定螺栓的螺帽高度，针对螺帽与倾斜的悬吊槽钢不能密贴受力的情况，根据钢轨超高的大小在悬吊槽钢与螺帽之间加装不同型号的方形斜垫片，使螺帽与悬吊槽钢密贴，受力均匀。
如下图所示：
钢轨有超高时的定位示意图
2、锚段关节调整
锚段关节分为非绝缘锚段关节与绝缘锚段关节，由方向相反的两个并列汇流排终端组成，区别在于两个汇流排终端之间的距离不一样，非绝缘锚段关节两个汇流排终端的距离为200mm，有电连接相连保证相邻段的电气连接，绝缘锚段关节两个汇流排终端的距离为300mm，电气不连接。
锚段关节示意图如下：
汇流排终端形状如下：
受电弓在两个汇流排终端的悬挂夹之间等高部分过渡，弯头部分作为调整时的安全区域，用于防止列车通过刚性悬挂锚段关节时，不发生打弓，刮弓等事故，保证列车受电弓平稳过渡。
按设计值调整锚段关节处的导高和拉出值，细调锚段关节使叠合过渡部分在受电弓同时接触的任一点上导线高度相等，使受电弓能够平滑过渡，并使两接触导线工作面都平行于轨面连线。
锚段关节处两汇流排终端以受电弓中心线为中心两边对称分布，间距符合设计标准；绝缘关节处保证两汇流排的绝缘距离，任何一点不得小于150mm。
3、道岔处刚性接触网调整
虚线表示为线路中心位置，实线表示为汇流排位置，圆圈表示为刚性悬挂定位点位置
道岔处悬挂点布置示意图
道岔处的刚性悬挂布置应在满足受电弓动态包络线要求的前提下尽量减少重叠区域长度，并且使渡线刚性悬挂起始悬挂点尽量靠近正线悬挂点布置，这样既可以减小此处的弓网磨耗，也可减小由于正线与渡线锚段跨距布置不同，弛度等原因而造成的振幅差，避免受电弓的离线或者打弓。
轨道的正线侧通过直汇流排供电，渡线侧的轨道通过起始于道岔的另一段汇流排分支供电。
在分支的端部安装有汇流排终端，用于从直汇流排到分支的过渡。
从直汇流排到分支的过渡是在弯头的直线部分完成的，弯头部分是在汇流排的相对高度调整有误的情况下作为安全区域备用的。
四、中心锚结安装
每一段刚性接触网将在其锚段长度中点处安装中心锚结线夹，其目的是为了防止分段刚性接触网在热胀冷缩过程中产生的偏离或者是在受电弓的冲击作用力下向受电弓的运行方向的偏离。
1、位置定测：
刚性悬挂调整到位后，按施工图纸中锚位置，现场沿汇流排测量定出中心锚结锚固线夹位置（即该跨距中心）。
测量汇流排至隧道顶的净空高度，根据中心锚结绝缘棒与汇流排夹角≤45°要求并且中心锚结绝缘棒接地端距汇流排的绝缘距离不小于150mm的设计要求，确定中心锚结底座位置。
2、中心锚结底座钻孔安装：
套模进行钻孔安装和中心锚结底座安装。
中心锚结底座应安装水平端正。
直线上，中心锚结底座中心线应位于汇流排中心线正上方；曲线上，中心锚结底座中心线应在中心锚固线夹处汇流排圆切线的正上方。
3、安装中锚“V”形拉线：
在汇流排与中心锚结锚固线夹的接触面均匀涂抹导电油脂，安装紧固中心锚结锚固线夹，连接安装中锚“V”形拉线。
两端调整螺丝调节余量应预留充足。
4、中锚状态调整：
调整中锚两端拉线受力一致，并轻微拉住汇流排，检测锚固处导线高度，汇流排不能出现负弛度。
五、电连接安装
电连接线夹直接安装在汇流排上，应用在隔离开关馈线上网、非绝缘锚段关节、刚柔过渡等所有刚性悬挂电连接位置。
采用150mm2软电缆连接。
1、电连接线与铜铝过渡线夹压接应良好，符合规范和设计要求。
汇流排电连接线夹与电连接线应接触良好。
2、汇流排电连接线夹、汇流排接地线夹与汇流排的接触面、汇流排电连接线夹与铜铝过渡线夹的接触面都应均匀涂抹导电油脂。
线夹安装端正牢固，螺栓紧固力矩应符合设计要求。
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