铁路接触网工程高速与普速的区别

以高速客运为主的新一轮铁路建设周期随着国务院对《中长期铁路网规划》的正式批准而逐步展开。国际上高速铁路的建设是从二十世纪六十年代开始的，至今已有四十余年的历史，它是一种成熟、可靠、节能、环保的交通方式，我国经过十余年的论证、研究和技术储备，除个别子系统外，已初步具备了修建高速铁路客运专线的能力，建设高速铁路客运专线符合我国国情，与我国经济规模相一致，是建设节约型社会的需要，是为国民提供中长距离快速、舒适、便捷交通的必然选择。　　根据联合国欧洲经济委员会对高速铁路的规定：客运专线300km/h、客货混线250km/h以上的新建铁路称之为高速铁路，高速铁路的建设，既要保证高的速度目标值，同时又要保证列车运行的舒适性和平稳性。为实现此速度目标值的牵引运行，电力牵引方式是必须的；为保证列车的舒适性和平稳性，轮轨关系和弓网关系是高速铁路研究中两个主要的理论方向，其中弓网关系就是受电弓与接触网之间的关系。通过对弓网关系的深入研究，不仅强调了受电弓与接触网的匹配关系，更主要的是揭示了高速接触网无论从外部环境还是内在标准都与普速铁路接触网发生了质的变化。虽然从外观上接触网的结构形式没有大的变化，但是在结构参数和材料设备选择标准上有了质的区别，并且通过研究纠正了普速接触网理论中的一些认识偏差。　　高速与普速接触网第一个主要区别是外部环境发生了变化，在普速铁路中，机车的负荷主要是牵引负载和克服线路阻力，因此牵引特性表现为负荷小和非均匀性。反观高速铁路的牵引负荷主要是列车克服高速行驶下空气阻力所需的动力，而牵引负载及线路状况所占的比例较低，因此高速牵引负荷的特点是负荷大（是普速牵引负荷3~4倍）并具有持续性。为保证大负荷持续供电，接触网的载流量要求有大的提高，由此引出了高速接触网与普速接触网在结构参数和材质上的质的区别。　　经过四十余年的发展，高速弓网关系的研究已经形成其完善的理论体系和试验测试方法，为高速铁路接触网工程的建设奠定了良好的基础。高速铁路原创国日、德、法基于不同的悬挂类型（复链型、弹性链型、简单链型），从波动传播速度、弹性不均度µ 、反射因数γ、多普勒因数α、增强因数r和离线率等多种理论入手对高速接触网进行研究，形成了不同的判定体系，但是有一点是大家的共识，最高运营速度与接触线的波动传播速度的比值ß是决定高速接触网性能和实现高速受流的关键，ß应小于等于0.7，因此提高接触导线波动传播速度（Vj ）是提高高速接触网性能的基本方向，可以肯定地说，接触网悬挂确定后，ß越小弓网关系越好，离线越少，适应能力越强。　　接触线的波动传播速度（Vj）：受电弓沿接触线高速滑动时，引起接触线的上、下震动的横波。

　　T：接触线的张力(N) ；　　ρ：接触线的密度(kg/m)。　　对于300km/h运行的高速线路，接触线的波动传播速度（Vj）要达到428km/h以上。从公式可以看出，Vj与材质和接触线张力有关，而高速牵引负荷的特点就是持续的大负荷电流，以至于在决定牵引供电设施布置上由普速的末端电压指标控制，变为载流量与末端电压指标双重控制。为提高接触网的载流量，导线截面需要加大，造成接触线的密度随之提高，使波动传播速度变得更低，因此为实现高速运行唯一的措施就是大大提高接触线的张力。为满足ß小于等于0.7的标准，接触线的张力由普速的15kN提高到25kN以上。导线张力的提高对线材的抗拉强度要求更高，再考虑一定磨耗情况下接触导线的安全系数，普速接触网选用的银铜接触线已不能满足要求，取而代之是具有更高强度且导电率相对较高的锡铜或镁铜合金接触线。　　锡铜或镁铜合金接触线的使用对施工工艺提出了新的要求，由于接触线硬度的提高，如果操作不当，施工过程中易产生不可克服的缺陷——波浪弯，影响受流质量，因此在放线技术上从普速的采用阻尼放线方法，变为采用先进的恒张力架线技术，目的是保证接触线以制造过程中卷盘张力值加以释放，并在放线过程中确保持续和平顺。　　总结高速铁路的试验数据和运行经验，可以得出这样的结论：在速度达到一定数值后，“柔软接触网性能良好，硬性接触网性能差”的观点是错误的。通过不断提高接触线的张力，虽然可以大幅度提高接触线的波动传播速度，系统地满足高速受电弓的平稳持续取流的需要，但是在接触悬挂系统的接口上还存在薄弱环节，可能产生硬点，造成致命的损害。因为受电弓与接触线的接触是软接触，任何硬点的冲击都将造成离线，中段收留并产生电弧，烧损接触线，缩短接触线的使用寿命，因此控制离线率是高速接触悬挂系统与普速区别的重要指标。　　以离线率作为判定接触悬挂系统优劣的标准，是高速铁路原创国判定体系中的共同方法，要求最长离线时间tmax≤200ms, 离线率S≤5%。为达到上述指标，消除硬点，对接触悬挂系统中的薄弱环节进行改造提高是高速与普速区别的主要内容，在接触悬挂中，主要的薄弱环节有电分相、线岔、定位装置及悬挂装置。　　电分相，在普速中电分相采用分相绝缘器方式，负载集中、断线安装，是硬点集中区，在高速运营情况下已经不能满足受流的需要，因此采用锚段关节方式取代分相绝缘器方式，实现无硬点平滑过渡。根据列车和受电弓的布置对中性段长度的要求，可以采用六跨、七跨、九跨及以上多种锚段关节方式。　　线岔是两线交汇点，普速铁路采用交叉线岔方式，双线交叉负载集中，外加线岔装置重量和受电弓始触区的精密要求，传统的施工工艺已经不能满足高速受电弓通过的要求，因此在高速接触悬挂系统与正线连接的线岔采用无交叉线岔方式，在精确的结构布置下，保证高速正线列车在通过道岔时，不与侧线发生接触，实现无接触通过；而侧线低速列车由于速度低，也可以正常取流地通过。　　定位装置及悬挂装置是保证系统结构参数的重要部分，同时也是负载集中易产生硬点的位置，为保证高速悬挂的稳定性和消除硬点，采取了两项主要措施，一是在有条件的情况下，尽量采用单支柱碗臂结构，在站场条件不具备时采用硬横梁方式，消灭了普速铁路中普遍采用的软横跨方式，避免由于接触线的振动对相邻接触线的影响；同时以铝合金等轻型材质的定位器取代普通钢质定位器，以减少悬挂点处的负载重量，消除可能产生的硬点。　　为保证线路两侧的人身安全，设置贯通综合接地系统是高速铁路与普速铁路的主要区别。根据欧洲EN50122-1标准（见下表）在正常和短路情况下的电位要求，采用普速铁路中的接地措施已经不能满足高速铁路牵引负荷条件下安全电压要求，必须设置贯通地线，以消除牵引供电对通信、信号等系统的影响并保障线路设备、人身的安全。根据计算，在不设贯通接地线的情况下，短路故障时，钢轨最高电位可达到5500V，远远大于欧洲标准的规定，但是设置贯通底线后，短路故障时，钢轨最高电位小于1650V，贯通线电位小于240V；正常运行时，钢轨最高电位小于120V，完全满足标准的要求。项目接触电压(V) 钢轨电位(V)
正常、长期运行 60 120
故障、短时运行(0.1s) 842 1684
　　高速接触网工程作为一个完整的系统，从各个环节均应匹配，在大张力接触悬挂的情况下，支柱强度要相应提高；在高速铁路曲线半径大于7000m的线路条件下，接触网定位方式大为简化和标准化，取消了软定位等定位形式；高速客运专线作为服务大众交通的工具，建筑体的外观形象设计要以人为本，追求标准、统一的形式，这也是高速接触网工程与普速的明显区别之处。——摘自中国铁路网

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