台风区段接触网车场悬挂设计方案

陈凯

【摘 要】接触网是一种露天设置，没有备用的户外供电装置，经常受冰、霜、风等恶劣气象条件的影响，一旦损坏将中断行车，给地铁运营带来巨大损失。本文从台风区段接触网车场悬挂类型稳定性角度出发，通过对国内通常采用的两种悬挂形式的特点进行分析，从而提出了悬挂类型的优化建议，对台风区段柔性悬挂平面布置选型及认识有一定的指导作用。

【关键词】柔性悬挂 台风区段 接触网车场 悬挂类型 优化建议

1 概述

厦门地处台风区域，易受台风影响。最大风力达12级以上，年平均风速3.6m/s，车场结构计算风速达到45m/s，该气象条件对架空柔性悬挂是严峻考验，本文基于厦门气象条件，结合架空接触网悬挂形式，认真分析架空柔性悬挂类型组成特点，选取适合厦门地铁接触网车场悬挂设计方案。为满足接触网的供电和机械方面的要求，对于架空式接触网而言，根据接触网的结构特点将其分为全补偿简单链型悬挂（简称链形悬挂）和补偿弹性简单悬挂（简称简单悬挂）两大类。根据供电计算，车场内由于车速较慢且客车为W0空载，整个车场咽喉区瞬时仅有一列客车通过，馈线有效电流小于450A。车辆段及停车场的车场线行车速度低、列车数量少，采用带吊索的补偿简单悬挂完全可以满足运营要求。因此国内应用架空接触网悬挂类型的城市车场大都采用补偿弹性简单悬挂。然而任何一种悬挂方式的确定，必定有其优势，亦有相对薄弱的环节。下面对两种悬挂方案进行分析。

2 简单悬挂方案特点

2.1简单悬挂的安装组成形式

简单接触悬挂系由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化，称为补偿弹性简单悬挂（以下简称简单悬挂）。在悬挂点上加装4～6m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就相对减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。

2.2简单悬挂特点

（1）简单悬挂的弹性特点。简单悬挂的悬挂方式比较简单，支持装置和支柱所承受的负荷较轻，支柱高度要求较低，因而建造费用比较经济，接触网条公里指标在135万左右。施工方便和维修简单。其缺点是弛度大，弹性不均匀，不利于电动车组高速运行时对取流的要求。简单接触悬挂一般用于车速较低的线路上。弹性不均匀会造成由于受电弓上下追随速度和电动车组运行速度不协调而发生离线和冲击现象，可能因为车速大而弓线脱离，发生电弧，并且，由于对悬挂点的局部冲击而增加接触线局部的机械磨耗和损伤。因此，简单悬挂最大车速不宜超过 40km/h。

（2）简单悬挂的结构高度。简单悬挂的结构高度小，一般约为0.5m，对于检修是很方便的，只站在车睇上进行检修作业， 因此，降低了检修人员的劳动强度。这一点对于提高工作效率和增加检修人员的安全程度具有实际意义。

（3）简单悬挂的载流。简单悬挂由于没有承力索，载流量没有链型悬挂高，不能满足同一股道双列位车辆同时取流加热的要求，部分地区运营在设计回访中曾交流过此问题。

（4）简单悬挂的设备安装。简单悬挂分段绝缘器安装一般采用“人字形”吊索方式，施工及运营调整较困难，分段绝缘器自由窜动没有链型悬挂安装方式好，有些地区车场在设计时把需要设置分段绝缘器的位置，都设计成链型悬挂，方便设备调整。

（5）气象条件对简单悬挂的影响。简单悬挂导线的机械性能，如张力、弛度、线长受气象条件的影响较大，在设计和施工中应特别注意这一点，若线索弛度过大，在最高温度和风的作用下，导线对地或导线间的绝缘安全要求就难于得到保障，从而引起导线对地短路或线间短路。因此在简单悬挂的设计施工中更需考虑外部气象条件。弹性是衡量接触网悬挂结构受流性能好坏的一个重要因素，而衡量弹性的好坏由弹性的大小和弹性的均匀度决定。简单悬挂由于调整困难，在吊索处、分段处、定位处存在的硬点多且难于克服，因此，在其弹性分布不均匀的情况下，极易造成受电弓与接触线之间的冲击，导致瞬时离线，硬点下的离线将使受电弓受流恶化。根据铁科院在环形试验场试运行的数据表明，简单悬挂区段在运行中的离线率与链型悬挂相比高出4倍。在台风区段的强风作用下，简单悬挂的离线率会更高。在强风的作用下，由于结构的不稳定性，使受电弓与接触线之间的瞬时离线增加，引起电弧，导致电磨耗的加剧。同时使简单悬挂导线偏心较多导致接触线易偏磨，严重缩短了导线使用寿命。

3 链形悬挂方案特点

3.1链型悬挂的安装组成形式

接触线通过吊弦（或辅助索）而悬挂到承力索上的悬挂称为链形悬挂。链形悬挂可以在某一温度下，使接触线处于无弛度状态。链形悬挂承力索悬挂于支柱的支持装置上，接触线通过吊弦悬挂在承力索上，使接触线在不增加支柱情况下，增加了悬挂点，吊弦可以使跨距内各吊弦处接触线尽量与支柱悬挂点处接触线对钢轨面高度保持一致。这样，在整个跨距内，可使接触线至轨面保持相等的高度。

3.2链型悬挂特点

（1）链型悬挂的弹性特点。这种悬挂由于接触线是悬挂到承力索上的，因而基本上消除了悬挂点处的硬点，使接触悬挂的弹性在整个跨距内都比较均匀。链型悬挂相对简单悬挂改善了接触网弹性。通过结构高度的增加改善接触网的动态特性，接触压力的波动相对较小。对于带张力补偿装置的链形悬挂，导线的张力增量与导线机械安全和弓网受流质量密切相关，必须加以严格控制。这是因为，张力差一方面会增大导线和零部件的机械应力，对导线和零部件的机械安全构成威胁，另一方面会对接触悬挂的波动速度和弹性产生不利影响，有损弓网受流质量。这方面链形悬挂相对简单悬挂受电弓受流质量更好。

（2）链型悬挂的结构高度。链形悬挂比简单悬挂的弹性性能好，但也带来了结构复杂、工程投资等问题。链型悬挂的结构高度本线设置为1100mm，因此其日常的维护工作量较简单悬挂稍多。结构高度的增加（相对简单悬挂），链型悬挂接触网的支柱容量也相对增加，投资较简单悬挂增加约15万/条公里。链型悬挂的结构高度较高，对土建专业的净空要求也自然较高，为了使接触线和承力索的补偿量一致，不会出现吊弦往一侧偏移的情况，同时为了确保线岔的正常工作，承力索也需直线通过库门，那么库房净空高度必须7米左右。

（3）链型悬挂的载流。链型悬挂接触网的速度适应性好，干线铁路以及高速铁路均是采用这种悬挂方式，架空柔性悬挂接触网完全可以满足厦门市轨道交通1号线一期工程最高行车速度为80km/h的授流要求。

（4）链型悬挂的设备安装。若没有承力索，线岔及分段的调整较困难。线岔的调平与抬高，链型悬挂可以轻易的用吊弦来调整。

（5）气象条件对链型悬挂的影响。接触网悬挂线材所受风载直接传递到腕臂支持结构上，并且腕臂支持结构本身还承受风载影响。为确保腕臂、定位装置在大风作用下的稳定性，避免弓网事故，应结合支持结构的具体安装位置、安装形式以及受力状况进行详细的力学计算，以分析出整个腕臂结构的受力薄弱环节，再给出加强措施。利用有限元分析手段可以很好地实现这一目标。典型的腕臂结构受力分析建模及计算参见如下模型：

图1典型的腕臂结构受力分析建模

通过利用有限元分析可以看出合理地设置腕臂支撑以及定位管支撑位置，能够明显提高整个结构的挠度控制，进而有效提高腕臂的稳定性，增加抗风性能。

对于全补偿链形悬挂，由于承力索和接触线均为张力补偿装置下锚，它们的张力为一常数（不考虑吊弦和定位器偏斜所引起的张力差），其弛度也与温度无关。实际上，由于全补偿链形悬挂线索的长度会随大气温度的变化而发生变化，这个变化量一方面消耗于补偿坠砣的上下移动，另一方面也消耗于接触线和承力索的弛度变化，因此，严格讲来，接触线和承力索的弛度会相对简单悬挂来说温度对弛度的影响很小，稳定性更好。

4 结语

架空接触网在车场可采用全补偿简单链型悬挂及补偿弹性简单悬挂两种方式，通过上述对两种悬挂方案的特点描述，链型悬挂从授流质量、运行可靠性、工程实施的可行性、台风区段的适应性等方面具有明显优势。综上所述，车场的景观要求相对较低，车场采用链型悬挂改善接触网动态弹性，与简单悬挂相比增加架空接触网的抗风性能，便于设备安装及正常运营，施工投资增加不多，因此台风区段车场接触悬挂设计推荐采用链型悬挂方案。