武广铁路客运专线高速接触网系统的技术与设备特点

景建民，周静恒

(中铁电气化局集团武广铁路客运专线四电集成项目经理部,武汉 430074)

武广铁路客运专线高速接触网部分是指全线所有正线部分,武广铁路客运专线是第一条中方自主集成高速客运专线,集成技术方案、设备选型和关键技术外方支持方案在铁道部组织下完成优化比选,中铁电气化局为系统集成商。国内首次采用镁铜150接触线、弹性链型悬挂、隧道棘轮补偿装置和18号无交叉线岔等新技术和装备。

1 高速接触网技术方案

全补偿弹性链型悬挂(正线)，接触线截面为150 mm2的镁铜合金接触线,额定张力30 kN。承力索采用截面为120 mm2的镁铜合金绞线,张力21 kN。如图1所示。

图1 武广弹性链型悬挂系统(单位：m)

系统方案的原型为德国高速接触网Re330[1],但接触线不同,其截面为镁铜120,也不同于西班牙EAC-350(承力索Cu 95，张力15.75 kN+接触线150CuMg，张力31.5 kN)。不同于京津城际,其型式为全补偿简单链型悬挂,承力索Bz120张力21 kN+接触线120CuMg张力27 kN。

系统方案确定的来源是：

(1)接触网的运行速度不应该超过70%的波动传播速度。波动传播速度是指力脉冲沿着接触网(接触线)向前移动的速度。

式中vmax——接触网的最高运行速度；

c——波动传播速度；

HF——接触线的水平张力，N；

mF——接触线的质量常数，kg/m。

表1为国内外同类型典型系统对比表。系统的选择要综合考虑车流密度、载流量、导线耐久性和动车运行方式等因素。从武广高速重联试验情况看,150导线和弹链组合起决定性作用,是独一无二悬挂方式。

表1 国内外典型系统对比

(2)悬挂弹性和不均匀性

链形悬挂应尽可能的硬直和均匀并且抬升应尽可能的少，将通过如下措施达到此目的。

低跨距,一般是55～60 m；

高张力；

承力索,一般是165～225 N/mm2；

接触线,新建一般是125～225 N/mm2；

使用弹性吊索,长度14～18 m(与跨距相关)。

注：全补偿简单链型悬挂也是我国选用标准,京津城际是简链，但京沪高速铁路是弹链。弹链追求悬挂的弹性不均匀度,通过主要系统(图2)的比较便知,武广铁路客运专线的弹性不均匀度是国际上较好的。

图2 弹性不均匀度比较

2 设备和器材特点

国外部分：绝缘子以内零部件(其中国产化正线占20%,零部件结构相同)；隔离开关(680台)是国产化产品(主要部件消弧室和操作结构,设计是法方)；承力索、接触线。

国内部分：用量大的支柱、绝缘子需比选3家。其他产品基本是1～2家提供。

2.1 支柱和吊柱

看似简单部分其实对方案和型号定型来说是复杂的。

所有支柱均采用H型钢柱。容量分6种,底盘5种,打孔分类近300种，但已做到优化。为尽可能避免每根支柱上的闲置安装预留孔,同时还要兼顾各种支持结构、补偿装置、桥隧过渡段、不同线路条件下安装条件和站前基础预留偏差情况等变化，大部分实现了孔内安装,其特点是美观和部件安装可靠性强。

对维护备用的建议：上部采用抱箍，下部推荐法兰连接。

隧内吊柱：基本结构形式采用Re330德铁(国内客专新采用)。由于隧内接触悬挂跨距为40～50 m,一个吊柱只悬挂一支腕臂,而锚段关节都是双腕臂,平均不到20 m有一个吊柱；且AF线(正馈线)悬挂间距是其一半。上下行都在中间部位,故显得很多。如图3所示。限界所限,成平行两排。

图3 隧道内接触网悬挂示意

吊柱标准长度为4.12 m。当隧道高度发生变化时,每40 mm为一档进行调整,但吊柱低端距离低轨面应不小于4 950 mm。

底盘与吊柱的角度为3°，槽道间距偏差不便于完全通过底盘扁孔调节,有几个型号。

吊柱与建筑限界的关系：吊柱侧面限界通常要求曲外2 700 mm,直线和曲内2 800 mm。要符合与建筑限界的关系，特别是受电弓瞬间对地距离。这些对今后运行维护也很重要。吊柱在隧道内安装空间非常紧凑,安装之前需要对每一处进行详细测量并确定吊柱的型号和安装位置。如图4所示。

图4 吊柱与建筑限界的关系(单位：mm)

2.2 张力补偿装置

正线全部为棘轮型式(德铁的方式)。产品由BB公司和宝鸡保德利提供。

棘轮的优点(和滑轮相比)：本体为铝合金,断线事故情况下具有制动性，安装到位后不易产生补偿绳偏磨现象，是安装、维护的重点部位(弓网质量的基础)。修缺的要点是本体的垂直度和隧道内坠砣框架的垂直、补偿绳的缠绕正确。

2.3 接触网零部件特性

腕臂支持结构全部为铝合金结构。优点：防腐蚀、质量轻、易安装维护。国内通常采用铝合金和钢结构两种方案。缺点：铝合金零部件价格贵,制造工艺不易做到。

主要部件连接方式不是采用传统的螺栓,是顶丝螺栓,方便预配和维护。如图5所示,零件与铝合金管的连接采用顶丝螺栓。

图5 顶丝螺栓连接(单位：mm)

与承力索、接触线相关所有连接线夹均为铜合金。

电连接线夹为一次压接型,安全可靠但不便移动更换。

2.4 锚段关节

通常为5跨锚段关节(德铁的方式)。

绝缘和非绝缘关节在两悬挂间距上没有区别,在转换柱各部件间距要求不同。

5跨关节特点是：保证导线走向在内转换跨中心成屋脊状(比正常导高高40 mm),这是弓网性能的重点,如图6所示。

图6 五跨锚段关节(单位：cm)

2.5 接触网分相

在变电所、分区所出口附近设置接触网电分相装置,电分相采用带中性段、空气间隙绝缘的锚段关节形式。

京津城际及其他线通常采用(图7)方式,无电区大于双弓间距(约200 m)。

图7 中性区长度大于双弓间距

武广铁路客运专线首次采用使中性段的长度小于双弓间距(短分相方案，图8)。中性区不大于190 m。

图8 中性区长度小于双弓间距(单位：mm)

特点：分相由6跨组成,悬挂点A处需要3支腕臂。由于是2个4跨锚段关节组成且导线走向突变,高速弓网性能不宜保证,但通过弓网仿真计算,结果还好,基本满足动态接触压力要求。6跨分相关节是施工维护的重点部位。优点：速度损失少,风险为无列控下的司机操作要准确。

2.6 无交叉线岔(图9)

武广铁路客运专线所采用的无交叉线岔原理不同于以往工程的无交叉线岔(如广深铁路),是首次在高速铁路采用。试验效果不错,满足弓网性能要求。

特点：始触区旁安装交叉吊弦,动态情况下正线受电弓不接触侧线导线。是安装维护的重点部位。优点：可靠性较好,弓网性能良好。

图9 无交叉线岔平面原理图和交叉吊弦(单位：m)

2.7 隔离开关

隔离开关形式有：双极(电动负荷、电动、上下行并联、上网电动、带接地双极)和隧内单极共2类，6种。

以往工程牵引变电所亭的馈线开关通常设在变电所或分区所内,现设置在网支柱上了,这也是国外的方案。优点：节省土地征用,馈线电缆的停电维修方便。全线网开关数量达近700台。包括车站两端绝缘关节开关,全部纳入远动控制。网专业维护量大。隧道内也设有24处。

3 性能评估与建议

武广铁路客运专线从2009年6月长沙以北开始静态验收和联调联试,7月～10月逐步向南推进,接触网系统的技术方案和设备选型没有出现什么偏差和问题,总体上满足了各方的认可和静动态试验要求,值得总结和推广应用。根据工程实践,笔者认为(1)隔离开关安装方式上应进行优化,隔离开关和避雷器组合在同一支柱和肩架上,显得头重脚轻,设备引线绝缘间隙不易保证。(2)组合定位装置应优化设计方案,现采用的正反定位管不同坡度来满足动态包络线要求,其安装维护的状态检查和确认工作困难。

[1] 德国接触网系列标准Re100、Re160、Re200、Re250、Re330[S]．

[2] [德]Kieβling,Pusschmann,Schmieder.电气化铁道接触网[M].中铁电气化局集团有限公司译.北京：中国电力出版社,2003．

[3] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社,2003．

[4] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.武广铁路客运专线接触网施工设计文件[Z].武汉：2008．

[5] 中铁电气化局集团和德国Balfour Beatty Rail公司.中外联合设计接触网基本设计[R].2007．