论地铁刚性接触网.docx

论地铁刚性接触网.docx

《论地铁刚性接触网.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论地铁刚性接触网.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

论地铁刚性接触网

1摘要

随着地铁牵引供电接触网悬挂形式的变迁，刚性悬挂技术在地铁中表现出了良好发展潜力。

虽然其一次投资费用稍高，但安全性能高，污染少，维护材料与人工费用少，远期效益明显。

在国外地铁界，架空刚性接触网已大量采用，效果很好。

架空刚性接触网有很多的特点：

整体结构简洁、锚段关节和线岔安装调试方便、网两端无需设置下锚张力补偿装置、没有断线之忧、施工安装和维护检修精度要求高等等，另外架空刚性接触网能很好地满足低净空隧道要求，适用于地下铁道。

架空刚性接触网的运行维护检修缺少资料和经验，只能通过实践摸索和积累。

笔者针对成都地铁刚性接触网的实际情况，并参考了大量国内外资料，对架空刚性接触网的组成、特点和检修进行了粗浅探讨。

关键词：

地铁;牵引供电;刚性接触网

Abstract

Asthesubwaytractionpowersupplycatenarysuspensionformofchange,rigidsuspendedtechniqueintheperformanceofagooddevelopmentpotential.Althoughoneinvestmentcostisalittlebithigher,butthesafetyperformanceishigh,lesspollution,maintainmaterialandartificialcostsless,long-termbenefit.Intheforeignsubwayworld,overheadrigidcatenaryalreadyusedingreatquantities,theeffectisverygood.Theoverheadrigidcatenaryhasalotoffeatures:

thewholestructureissimple,anchor,periodofthejointsandlineinstallationconvenient,netswithbothendswithoutSettingsanchortensioncompensationdevices,andnotworryaboutbreak,constructioninstallationandrepairandmaintenanceoftheprecisionrequirementhighandsoon,inadditiontheoverheadrigidcatenarycanwellmeettherequirementsoflowheadroomtunnel,applicabletotheunderground.Theoverheadrigidcatenaryofrepairandmaintenanceoflackofmaterialandoperationexperience,canonlythroughthepracticeoflearningandaccumulation.Accordingtothechengdusubwayrigidcatenaryofpractice,andareferenceforeignmaterial,onoverheadrigidcatenaryofcomposition,characteristicsandtheoverhaulthispaperhasmadesomesimple.

【Keywords】thesubway;Tractionpowersupply;Rigidcatenary

2前言

成都地铁地下线路采用架空式刚性接触接触网，地面线路采用传统的柔性接触网。

在国外地铁界，如法国、瑞士、西班牙、日本和韩国等国家，架空刚性接触网已得到广泛应用，且效果良好。

架空刚性接触网主要有两种代表型式，即以日本为代表的“T”型结构和以法国、瑞士等国为代表的“Π”型结构。

目前，全世界地铁“T”型结构采用了约300km，“Π”型结构采用了约150km。

这两种型式的架空刚性接触网，“Π”型在汇流排的刚度性能、接触线的固定方式、施工及维护检修和成本等方面具有一定的优势，“Π”型较“T”型更为合理。

因此，成都地铁的刚性接触网采用了架空式“Π”型结构。

架空刚性接触网，无论是结构形式，还是维护和维护检修方面，与柔性接触网都有很大的不同，尤其是在维护和检修方面，国内尚无现存的资料，更没有经验可借鉴，笔者翻阅了大量的资料，并在实践中，积累了较为丰富的经验，对架空刚性网式接触网的特点和维护检修有了一定的研究。

本文针对成都地铁接触网的实际情况，重点谈谈“Π”型结构形式的架空刚性接触网的组成、特点和检修工作，至于柔性接触网与国内普遍使用的接触网没有什么特别的地方，在此就不重复了。

3地铁牵引接触网的形式与发展

早期的城市地下铁道都采用低电压的直流第三轨式接触网，如1863年开通的伦敦地铁（DC630V）、1904年开通的纽约地铁（DC625V）以及1935年开通的莫斯科地铁（DC825V）。

采用第三轨的优点是为了减少开挖土方，降低净空和方便维修。

随着电工材料和输变电技术的发展，直流牵引输电电压逐步增大。

提高输电电压可以相应地减少输变电的电能损耗，减少变电站的数量，降低电力设备费用。

因此同一条线路，如果电站配置得当，则1500V电压与750V相比，前者可以少建一半的变电站且架空网输电供电设施的费用仅为后者的70%左右，同时相同功率的电动车辆的电器设备的重量与体积也会随电流的减小而减少。

较高的电压在同等条件下能够传输较高的功率，因而更利于速度的提高。

但是，第三轨与地面距离较近，绝缘和安全的难度大，这就限制了电压的提高，后来修建的地铁接触网转而向架空线（刚性接触网）发展。

1955年开通的罗马地铁率先采用了1500V直流架空接触网,1960年以后日本的地铁也大都采用这种接触网。

我国近十几年来新上地铁的城市，如上海、广州、深圳等也都采用的是直流1500V架空接触网。

地铁为了减少隧道净空，近年来多采用以弹性支座或弓形腕臂作支持部件的弹性简单悬挂。

不过架空接触网与第三轨式接触网相比，地铁隧道横断面增大，土建费增多；冷拉电解铜接触线易磨损；接触网检测维护比较复杂，需专用的接触网检测车且维修周期短、费用高。

因此，1962年开通的日本东京营团地铁日比谷线开发了一种新的刚体悬挂方式。

4架空刚性悬挂系统简介

刚性悬挂接触网系统的应用从发明至今已有100多年的历史了。

1895年，在美国巴尔的摩第一条电气化铁路中首次应用了架空刚性悬挂接触网系统。

1961年，日本营团地铁日比谷线采用了“T”型刚性悬挂接触网系统作为接触网悬挂形式。

1983年，在法国巴黎RATPA线采用了作为架空刚性悬挂主要型式之一的“Π”型架空刚性悬挂系统被成功应用。

自从1997年后，在广州地铁一号线进行了约135米的“Π”型铝合金汇流排刚性悬挂接触网试验段后，这种安装形式被正式引入我国，并在广州地铁二号线隧道段全面采用。

目前，国内现有及在建的城市轨道交通线路中，大都采用“Π”型汇流排刚性接触网系统。

成都地铁1号线1期工程就采用了“Π”型汇流排刚性接触网系统。

4.1“Π”刚性接触悬挂的特点:

刚性接触悬挂的特点有以下五个：

结构简单，施工方便；

安全可靠、易于维护；

国产化高、节约投资；

形式特殊、要求较高；

灵活方便、性能优良。

刚性接触悬挂的特点一:

“Π”型刚性悬挂汇流排当量截面积为1200mm

，相当于柔性8根150mm

硬铜绞线。

其下嵌入传统柔性悬挂接触导线后，即等于同于柔性悬挂承力索、接触导线和架空馈电线的作用。

因而刚性悬挂的结构形式相对于传统的柔性悬挂接触网来讲更简单、更紧凑（如图4-1），方便施工。

图4-1

刚性接触悬挂的特点二:

首先，刚性悬挂接触网处于无张力自然悬挂状态，它依靠铝合金汇流排的刚性来保持接触导线的位置恒定，不需要象柔性悬挂设置重力下锚张力装置，悬挂结构变得更加简单，节约了有限了隧道空间，且对土建结构的承力要求较柔性悬小得多，系统的安全性及稳定性均较柔性悬挂要好。

刚性接触悬挂的特点三:

近年来，随着上海、广州、深圳、南京等城市轨道交通工程的建设，国内接触网设备、材料和零部件的生产厂商已积累了丰富的经验，除少数用量少、技术要求高、开发难度大的设备（如：

分段绝缘器、刚性悬挂放线专用小车）尚需引进外，其余DC1500V架空接触网的设备、材料及零部件已基本实现国产化，国产化率可达到90%以上，可以大大降低建设成本。

刚性接触悬挂的特点四:

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。

设计对刚性悬挂系统性能要求很高，对施工安装的精度要求更高，这就要求施工单位做更多大量的、精确的、细致的调整工作。

4.2刚性接触悬挂的结构

刚性接触悬挂的结构可分为以下三部分：

（1）网定装置；

（2）网体装置；

（3）网连装置。

一．刚性悬挂主要结构－网定装置

接

（2）中心锚结

支持定位绝缘装置：

用于隔离带电体，并对汇流排装置和其它支持定位装置起支撑作用的非导电设备。

包括槽钢底座、悬吊槽钢、悬垂吊柱、T型头螺栓、汇流排线夹、刚性中心锚结及其线夹、刚性悬挂针式绝缘子等。

空气绝缘间隙：

电气设备或装置的带电体之间或带电体与接地体之间，施加电压后使空气绝缘不至于击穿所需的安全距离。

电压愈高，空气绝缘间隙的尺寸愈大。

中心锚结：

为了防止锚段两端负荷失去平衡而向一端滑动和缩小事故范围，使网体装置不发生纵向滑动的装置

技术分析：

首先，根据DC1500V接触网的设计规定，接触网带电部分与结构体、车体之间的最小绝缘净距应满足《地铁设计规范》（GB50157-2003）的规定，即静态为150mm，动态为100mm，绝对最小动态为60mm。

在有条件的情况下，应尽量加大绝缘净距。

具体要求如表4-1所示。

接触网带电部分与结构体、车体之间的最小绝缘净距（mm）

表4-1

其次，对于机械受力方面，维护与检修工作主要是检测其状态是否有随着运营时间的推移而变坏或者弱化到其临界水平，然后给出更换或加强指令使之达到原设

计要求，其一项重要数据就是各部零件螺栓的紧固力矩，各种螺栓的参考力矩如表4-2：

表4-2

2．刚性悬挂主要结构－网体装置

刚性接触悬挂的网体装置包括以下几个部分：

接触线；汇流排及其附件；刚柔过渡装置。

（1）接触线：

即接触导线，是接触悬挂中与受电弓直接接触的、带有特殊沟槽形式的传导电流的导线，其截面如图4-2所示。

目前，在国内，特别是城市交通领域，通常使用的有三种接触线，分别是银铜合金接触线、纯铜接触线、镁铜合金接触线，另外，最近也出现了从日本引进的锡铜合金接触线，由于银铜合金的耐磨性、导电性能和耐腐蚀性能都较高，针对地铁牵引供电系统低电压、大电流的特点，已建成或在建的刚性接触网的接触线都选用银铜合金接触线（如成都地铁及广州地铁）截面为120mm

。

图4-2

（2）汇流排是地下区段刚性架空接触网的关键部件，既是接触线的悬挂支持体，也是接触网的主要载流导体。

汇流排有“T”型和“П”型两种。

“T”型汇流排采用长夹板和螺栓固定接触导线，结构比较复杂，安装、维修极不方便，当需要更换接触导线，必须松开所有与其相关的螺栓，既费工又费时。

“Π”型汇流排利用其自身的弹性固定导线，汇流排底部有特殊设计的工作导槽，使得专用的、将弹性钳口张开的放线小车可以沿汇流排运行，大大提高了放、换线速度。

成都地铁1号线一期工程汇流排选用“П”型铝合金汇流排（PAC110）。

其主要技术参数如下：

标称横截面积：

2214mm

计算重量：

5.91kg/m

20℃时电阻率：

≤3.29×10-2Ω·mm

/m

持续载流量：

≥3500A

线膨胀系数：

2.4×10-51/K

水平方向人工弯曲最小半径：

120m

水平方向机械预弯最小半径：

45m

（3）车辆段出入段线隧道内的刚性悬挂与隧道外的柔性悬挂之间须设置刚柔过渡段，以保证车辆受电弓的平滑过渡。

目前，刚柔过渡方式主要有两种：

关节式刚柔过渡方式和贯通式刚柔过渡方式。

关节式刚柔过渡方式：

是分别安装柔性悬挂和刚性悬挂，形成平行的锚段关节，实现受电弓的平滑过渡。

由于关节式刚柔过渡方式要求平行锚段关节处的柔性悬挂和刚性悬挂必须确保水平，安装和调整难度较大。

贯通式刚柔过渡：

方式是将隧道外的柔性悬挂的承力索直接在隧道洞口下锚，而接触线则嵌入切槽式汇流排后在隧道内进行下锚。

在刚性悬挂的开始段，由刚性递次减小的切槽式汇流排吸收来自柔性悬挂接触线的振动，避免接触线的疲劳破坏，实现受电弓的平滑过渡，其安装和调整较为简便。

三．刚性悬挂主要结构－网连装置

1、锚段：

将接触网沿线分成一定长度并在结构上有独立机械稳定性的分段。

用以在缩小事故及便于维修。

其实际长度根据温度变化时，接触导线由此而产生的张力差决定，与线路情况和悬挂类型有关。

刚性悬挂锚段长度一般为200～250m。

2、锚段关节：

实现锚段之间平稳过渡的设施，即一个锚段与另一个锚段相衔接的接触网悬挂结构。

在该处两个锚段的接触导线有一段是水平的，且有一段（或有一点）等高。

要求当电客车运行时，能使受电弓从一个锚段平滑地过渡到另一个锚段。

可分为非绝缘锚段关节和绝缘锚段关节。

非绝缘锚段关节用于机械分段。

绝缘锚段关节除有机械成分段的职能外，主要用于电分段。

线路）

两种方式的选用原则主要根据速度等级而定。

5、刚性接触网的检修工艺及个人看法

1、支持定位装置

埋入杆件的螺纹及镀锌层完好，化学锚固螺栓孔填充密实；螺纹外露部分应涂油防腐；与隧道壁相贴近的底座填充密实，表面光洁平整，无裂缝。

支持装置各紧固件齐全，安装稳固可靠，各类螺栓紧固力矩符合设计要求。

槽钢底座应水平安装，悬吊槽钢与安装地点的轨道平面应平行；平坡线路上悬垂吊柱及T型头螺栓应铅垂，倾斜度误差一般均不应大于1°，但位于坡道上的悬垂吊柱及T型头螺栓顺线路方向铅垂度偏差应以汇流排安装在悬挂金具内后能保证汇流排伸缩为原则。

减震道床区间和车站结构风管等低净空处采用的硅橡胶绝缘横撑的金属连接件与芯棒连接可靠，密封良好，硅橡胶伞裙完整无破损，C型汇流排定位线夹的U型螺栓距接地体、接地线不得小于115mm。

支持结构的带电体距混凝土及金属结构的固定接地体的绝缘距离，静态值为150mm。

汇流排悬挂定位线夹材质、规格、尺寸符合设计要求。

表面无裂纹、无缺损。

紧固件、内衬尼龙垫齐全、无松动、可旋转部位无阻滞现象。

留有因温度变化使汇流排产生位移而需要的间隙。

槽钢底座、悬吊槽钢、悬垂吊柱、T型头螺栓等构件无变形，镀锌层完整，应有不少于15mm的调节余量（净空限制地段除外），所有外露螺栓长度应保证电气绝缘距离。

绝缘子最小泄漏距离不小于250mm，浇注水泥部分不得有松动和辐射性裂纹；绝缘子安装端正，紧固件齐全，绝缘子瓷釉表面光滑、清洁、无裂纹、缺釉、斑点、气泡等缺陷，瓷釉剥落总面积不大于30mm

。

槽钢底座与混凝土的接触面上应涂隧道内防腐漆。

T型头螺栓的头部长边应基本垂直于安装槽道方向，螺纹部分应涂油防腐。

个人看法：

.T型头螺栓应用加力扳手紧固，增大力矩，使螺栓更紧固。

.汇流排线夹应紧密包裹汇流排，且垂直于汇流排。

.槽钢底座螺栓上升或下降一圈，大概距离为2mm。

2、汇流排及接触线

汇流排表面不允许有裂纹，不得扭曲变形，无明显转折角，表面光洁，无缺损、无毛刺、无污迹、无腐蚀。

连接件的接触面清洁，汇流排连接缝两端夹持接触线的齿槽连接处平顺光滑，不平顺度不大于0.3mm。

汇流排连接端缝夹持导线侧需密贴，汇流排连接端缝平均宽度不大于2mm，紧固件齐全，螺栓紧固力矩符合设计要求（1号线为16N·m、2号线为50～55N·m）。

紧固汇流排中间接头螺栓应按照顺时针方向依次紧固，其必须按规定力矩进行反复紧固3次。

汇流排断面对称中轴线应垂直于所在处的轨道面连线，偏斜不应大于1°。

汇流排应呈直线或圆滑曲线布置，不应出现明显折角。

汇流排中间接头连接缝至汇流排定位线夹的距离不小于200mm，特殊情况在符合安装曲线的情况下不小于160mm。

采用外包接头时，则外包接头端头与汇流排定位线夹边缘距离不小于200mm。

汇流排外包接头螺栓紧固力矩为44N·m，螺栓朝向为一正一反交替布置。

接触线应可靠嵌入汇流排内，接触线与汇流排的接触面应均匀涂有薄层电力复合脂，在锚段内无接头、无硬弯。

汇流排的悬吊线夹（定位线夹）应将汇流排包夹固定，滑动衬垫贴近汇流排，汇流排应能在滑动衬垫内顺线路方向滑动。

如发现绝缘子或定位线夹顺线路方向有任何偏转，应松开包夹，调整绝缘子或定位线夹至垂直汇流排。

汇流排终端到相邻悬挂点的距离为1800mm，允许误差：

＋200，-100mm。

接触线在锚段末端汇流排外余长为100～150mm，沿汇流排终端方向顺延，一般情况对接地体的距离不应小于150mm；困难情况不应小于115mm。

分段绝缘器与接触线之间的过渡要保证受电弓平滑通过。

接触线的磨耗要均匀，其最大磨耗量控制在汇流排不能直接与碳滑板磨擦，具体操作时可按照不大于55％控制。

防护罩安装要牢靠、稳定，不能有变形和严重老化现象。

在汇流排的上方，应尽采取措施以避免隧道渗水（包括稠液状矿物质），同时也要不定期检查接触线与汇流排间的导电油脂情况。

个人看法:

.汇流排中间接头应从外向里紧固，沿对角线方向紧固。

.汇流排外包接头紧固方法同中间接头。

.接触线磨耗应用游标卡尺测量，测量时应与汇流排紧密贴合，且垂直。

3、中心锚结

中心锚结应处于汇流排中心线的正上方，基座中心偏离汇流排中心不大于±30mm。

中心锚结绝缘子表面应无损伤，接地端至带电体--汇流排距离一般情况应不小于150mm；困难情况不应小于115mm。

中心锚结线夹处接触线应平顺无负弛度。

中心锚结绝缘子及拉杆受力均衡适度，与汇流排的夹角不大于45°，中心锚结与汇流排固定牢固，螺栓紧固力矩符合设计要求，调整螺栓应有可调余量。

个人看法:

.中心锚结调整应先松拉杆上方螺栓，再调节槽钢上的螺栓进行高度调节。

.中心锚结螺栓紧固力矩为50N·m。

4、拉出值及导高

悬挂点处接触导线的拉出值应符合设计要求，其调整以主要悬挂点为主（绝对值不大于280mm），辅助悬挂点的拉出值以将汇流排调整成圆滑的正弦波形状为原则。

悬挂点接触线高度应符合设计要求,误差为±5mm；,相邻的悬挂点相对高差一般不得超过所在跨距值的0.5‰，设计变坡段不应超过1‰；跨中弛度不得大于跨距值的1‰，且不应出现负弛度。

个人看法:

.成都地铁刚性接触网拉出值范围为300。

.成都地铁刚性接触网到导高标准值为4040,最低值为4000。

5、线岔

线岔处在受电弓可能同时接触两支接触线范围内的两支接触线应等高，在受电弓始触点处渡线接触线应比正线接触线高出2～4mm；在受电弓双向通过时应平滑无撞击及不应出现固定拉弧点。

单开道岔,悬挂点的拉出值距正线汇流排中心线一般为200mm，允许误±20mm。

交叉渡线道岔处的线岔，在交叉渡线处两线路中心的交叉点处，两支悬挂的汇流排中心线分别距交叉点100mm，允许误差±20mm。

线岔处电连接线、接地线应完整无遗漏，安装牢固。

个人看法:

.线岔两接触线线间距为500—800mm为始触区，此范围内禁止有任何线夹。

.调节吊弦出始触区时应先松承力索线夹，然后松一点点接触线转化为，用橡胶锤敲击移出线夹，防止接触线扭面。

6、电连接

电连接线及线夹所用型号、材质、数量、应符合要求，并预留因温度变化使接触悬挂产生伸缩而需要的长度。

电连接线的安装位置允许偏差为±200mm，在任何情况下均应满足带电距离要求。

对150mm

电缆绝缘层剥开长度为70mm；400mm

电缆绝缘层剥开长度为90mm。

电缆导体不得被损伤。

电连接线与接线端子压接应良好，握紧力不小于6.9kN。

电连接线夹与电连接线接触良好，接触面涂电力复合脂，线夹安装应端正牢固，螺栓紧固力矩应符合要求。

刚柔过渡的电连接：

电连接线在柔性悬挂承力索上除需用线夹连接外，还需在线夹两端用直径为1.5mm的铜线进行绑扎。

绑扎应紧密，绑扎长度为100±10mm，电连接的长度应满足接触悬挂伸缩的需要。

电连接电缆在隧道顶部应牢固不易脱落，转弯处弯曲自然，布线美观。

个人看法:

.接触线电连接线夹用44N·m的力紧固。

.承力索电连接线夹还是用44N·m的力紧固。

7、分段绝缘器

刚性悬挂分段绝缘器的安装方式和绝缘性能应符合产品安装使用说明书要求。

分段绝缘器上的两极靴枝间距应为100mm，允许误差+5mm；分段绝缘器中点偏离线路中心线不应大于50mm。

分段绝缘器导流板与接触导线连接处应平滑，与受电弓接触部分应与轨面连线平行，车辆双向行驶均不打弓。

分段绝缘器紧固件应齐全，连接牢固可靠，分段绝缘器上的锚固螺母和螺杆的旋紧扭矩应符合设计要求。

刚性悬挂分段绝缘器带电体距接地体或不同供电分区带电体、不同供电分区运行车辆受电弓的距离符合设计要求：

静态不小于150mm；动态不小于100mm。

分段绝缘器距相邻刚性悬挂定位点的距离符合设计要求，允许误差±200mm；

分段绝缘器绝缘件表面清洁，整体安装美观。

个人看法:

.分段绝缘器测量用红外线测量仪进行。

.分段绝缘器线夹螺栓用25N·m力矩紧固。

总结与体会

随着电工材料和输变电技术的发展，直流牵引输电电压逐步增大。

提高输电电压可以相应地减少输变电的电能损耗，减少变电站的数量，降低电力设备费用。

因此同一条线路，如果电站配置得当，则1500V电压与750V相比，前者可以少建一半的变电站且架空网输电供电设施的费用仅为后者的70%左右，同时相同功率的电动车辆的电器设备的重量与体积也会随电流的减小而减少。

较高的电压在同等条件下能够传输较高的功率，因而更利于速度的提高。

但是，第三轨与地面距离较近，绝缘和安全的难度大，这就限制了电压的提高，后来修建的地铁接触网转而向架空线（刚性接触网）发展。

1955年开通的罗马地铁率先采用了1500V直流架空接触网,1960年以后日本的地铁也大都采用这种接触网。

我国近十几年来新上地铁的城市，如上海、广州、深圳等也都采用的是直流1500V架空接触网。

成都地铁采用了架空刚性接触网，它与柔性接触网相比，其最大的好处是，接触网没有轴向补偿张力，所以没有断线之忧，接触网各部件的连接是刚性连接，各种参数的变化小，事故几率较柔性小得多，运营维护检修工作量较柔性小，且易于实施状态修。

但是，架空刚性网精度要求高，国内还缺少设计、施工及运营维护检修方面的经验，有待在今后的实践中去积累。

本文是笔者对架空刚接触网的组成、特点及其检修的一点粗浅认识，供