高速铁路接触网简介

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,高速铁路接触网简介,1,目 录,一、,国外高速接触网的发展状况,二、,关于弓网受流质量的评价标准,三、,接触网悬挂方式的仿真模拟研究,四、,悬挂方式的技术经济比较,五、,我国高速宜采用的悬挂方式,2,一、国外高速接触网的发展状况,主要介绍以下三个国家：,日本为代表的复链型悬挂,法国为代表的简单链型悬挂,德国为代表的弹性链型悬挂,3,日本高速铁路主要特征：,运营里程：,2237km,正在建设里程：,464km,规划里程：,349km,供电电压：,25kV,最高运营速度：,300km/h,接触网悬挂方式：复链,/,简链,接触网跨距：不大于,50m,，在各条线上基本不变,4,法国专家认为：,弹性吊索对于速度超过,250km/h,的高速来说意义不是很大，反而成为影响行车安全的因素之一。高速接触网悬挂优先选用简链。,法国,5,法国高速铁路主要特征：,运营里程：,1541km,正在建设里程：,320km,规划里程：,937km,供电电压：,25kV,最高运营速度：,350km/h,接触网悬挂方式：简链,接触网跨距：不大于,63m,，在各条线上基本不变,6,三国高速铁路统计,国家,项目,日本,法国,德国,最高商业运营速度,(km/h),300,350,300,200km/h,V,250km/h,的运营里程,(km),466,0,577,250km/h,V, 30,0km/h,的运营里程,(km),1591,1246,准,303,300km/h,V,350km/h,的运营里程,(km),0,295,0,在建铁路速度目标值,(km/h),及采用的接触网悬挂方式,360,复链,350,简链,300,弹链,7,一、国外高速接触网的发展状况,三国高速铁路接触网发展过程及趋势,日本：,从第一条高速铁路采用复链悬挂以来，基本沿用自己传统的悬挂方式,-,复链，但从新建线路看在时速低于,300km/h,的线路上有向简链过渡的可能。但不论采用何种悬挂方式，接触线的张力在逐步增大（,14.7kN-250km/h,，,19.6kN-300km/h,，,24.5kN-360km/h,），并且不断研制高性能的受电弓，减少受电弓的数目，提高受电弓的性能。,8,一、国外高速接触网的发展状况,三国高速铁路接触网发展过程及趋势,法国：,第一条高速铁路采用弹链，但不很成功，经过研究试验后在以后时速大于,250km/h,的线路上完全采用简链，放弃弹链，随着速度的提高不断增大接触线的张力（,20kN-300km/h,，,25kN-350km/h,），改进受电弓性能，研发高性能的受电弓。,9,一、国外高速接触网的发展状况,三国高速铁路接触网发展过程及趋势,德国：,以,Re200,及以下系列悬挂标准为基础推出,Re250,悬挂标准（适用于,250km/h,），,90,年代在,Re250,的经验基础上推出,Re330,悬挂标准（适用于,300km/h,）。在系列标准中维持传统的弹链悬挂，但大幅提高接触线的张力（,Re250-15kN,，,Re330-27kN,），把跨距由,80m,减为,65m,，简化弹性吊索的结构，在净空受限或施工困难区段取消弹性吊索，改用简链，同时研制高性能的受电弓。,10,一、国外高速接触网的发展状况,国外高速接触网发展总趋势是：,尽可能地简化接触网的结构，以提高接触网的可靠性。,在材质一定的条件下，尽可能地提高接触线的张力，以提高接触线的波动传播速度，进而提高运营速度。,积极研制和开发与接触网参数及运营速度相匹配的高速受电弓。,11,二、关于弓网受流质量的评价标准,日本,法国,德国,欧铁联盟,最高运营速度与接触线波动传播速度之比控制在,70%,以下,一次离线时间不应大于,200ms,，离线率最好不超过,5%,，在最差的情况下，应不超过,20%,导线的最大允许抬升量,180mm,在设计中应妥善处理使用应力与疲劳振动关系,12,二、关于弓网受流质量的评价标准,日本,法国,德国,欧铁联盟,速度超过,250km/h,时，受流质量与接触网的弹性均匀度关系不大，而更大程度上取决于接触线的振动。,可见电弧控制标准：,1,次,/160m,接触力标准偏差与平均接触压力的比值不大于,33%,定位器点的允许抬高与最大抬高的比值,2,倍以上,13,二、关于弓网受流质量的评价标准,日本,法国,德国,欧铁联盟,接触网的静态弹性跨中,0.36mm/N,（,Re330,）,接触网静态弹性不均度,8%,（,Re330,）,最大接触力（,N,）,250,（,Re330,）,最小接触力（,N,）,50,（,Re330,）,接触力标准偏差与平均接触压力的比值,20%,离线率,5%,以下,14,二、关于弓网受流质量的评价标准,日本,法国,德国,欧铁联盟,最大接触力（,N,）,300,最小接触力（,N,）,0,静态弹性不均匀度,20%,15,二、关于弓网受流质量的评价标准,我们推荐的标准,16,模拟软件的功能：,展现受电弓与接触网间动态接触关系和每一时刻各部分的受力和振动状况。,根据工程数据预测所要进行试验的结果及要注意的事项。,为设计方案的确定提供基础数据，并给予评价。,判断相同条件下不同弓网受流系统的优劣。,找出弓网关系恶化的边界条件，如共振速度、离线速度、接触线应力、接触力标准偏差等。,选择与接触网相匹配的受电弓，根据特定的受电弓产品的数学模型可评价其性能。,模拟软件已成为世界各个国家电气化铁路的决策工具。,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,17,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,模拟软件工具,CATMOS,弓网模拟软件：能模拟简链和弹链，由德国,Balfour Beatty,公司开发（前,Adtranz,公司）,架线道弓网模拟软件：能模拟简链和复链，由日本铁技研开发,CPS,弓网模拟软件：能模拟简链、弹链和复链，由我院自己开发,18,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟软件,CATMOS,软件,架线道软件,CPS,软件,德方已把该软件广泛的应用于德国高速铁路的研究、设计、试验预测及弓网受流评价等领域,19,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟界面,20,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟软件,CATMOS,软件,架线道软件,CPS,软件,日方已把该软件广泛的应用于日本高速铁路的研究、设计、试验预测及弓网受流评价等领域,21,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟界面,22,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟软件,CATMOS,软件,架线道软件,CPS,软件,该软件已应用于我国电气化铁路的研究、设计、试验预测及弓网受流评价等领域,23,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟应用,广州至深圳200,km/h,接触网的研究、设计,24,现场录像资料,(,香港地铁机场线,),接触网改造前后对比,改造前,V=125km/h,改造后,V=135km/h,改造后受流质量明显改善,25,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,仿真模拟界面,26,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,（一）接触网和受电弓的基本参数,接触网基本参数,悬挂类型,简链,弹链,接触线类型,Rim120,Rim120,接触线线密度（,kg/m,）,1.07,1.07,接触线额定张力（,kN,）,20(25),20(25),承力索类型,THJ120,THJ120,承力索线密度（,kg/m,）,1.06,1.06,承力索额定张力（,kN,）,20,20,弹性吊索类型,/,长度,-,THJ35/18m,弹性吊索额定张力（,kN,）,-,3.5,跨距（,m,）,60,60,接触网结构高度（,mm,）,1400,1800,接触线预留弛度,0,0.5,-,27,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,（一）接触网和受电弓的基本参数,28,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,（一）接触网和受电弓的基本参数,7.51kg,5.94kg,5.43kg,Faero=0.0011xV,2,N,Fsta=80N,2496N/m,10900N/m,70Ns/m,70Ns/m,80N/m,3.5Ns/m,3.5Ns/m,2Ns/m,2Ns/m,受电弓基本参数,受电弓基本数学模型如下：,29,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,模拟软件模拟结果,速度,(km/h),V=250km/h,V=300km/h,V=350km/h,受电弓型号,DSA350,DSA350,DSA350,悬挂类型,简链,弹链,简链,弹链,简链,弹链,接触线张力,(N),20000,20000,20000,20000,20000,20000,跨距,(m),60,60,60,60,60,60,吊弦间距,(m),6+3,7+6+3,7+6,5+5,10+5,6+3,7+6+3,7+6,5+5,10+5,6+3,7+6+3,7+6,5+5,10+5,预留弛度,(,),0.4,0.2,平均动态接触力：,Fa(N),144.5,143.0,173.7,171.1,206.0,204.1,SDF(N),13.68,21.89,24.91,27.69,37.23,33.06,最大动态接触力,(N),173.5,197.2,230.5,254.6,280.1,284.7,最小动态接触力,(N),116,93.5,130.7,105.3,143.4,156.3,Fa-3*SDF(N),103.46,77.33,98.97,88.03,94.31,104.92,Fa-6*SDF(N),62.42,11.66,24.24,4.96,-17.38,5.74,SDF/Fa,9.5%,15.3%,14.3%,16.2%,18.1%,16.2%,受电弓动态最大抬高,(mm),58.1,85.9,85.4,109.3,126.4,150.9,受电弓动态最小抬高,(mm),28.2,64.1,54.5,85.8,100.9,133.2,受电弓振动最大变化量,(mm),29.9,21.8,30.9,22.5,25.5,17.7,受流评价等级,A,A,A,A,C,C,30,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,模拟软件模拟结果：受电弓最大抬高,31,三、接触网悬挂方式的仿真模拟研究,模拟软件模拟结果：受电弓振幅,32,四、悬挂方式的技术经济比较,复链型悬挂结构复杂，投资高，国内无成熟的设计、施工和运营经验。简链和弹链有着各自的不同特点，但对于时速,300km/h,及以上的速度来说，均能满足高速受流要求，在国外都有成功的运营实践。 其技术经济比较如下表：,33,四、悬挂方式的技术经济比较,内容,项目,简链,弹链,技术比较,静态弹性不均匀度,大,较小,接触线的抬升量,较小,大,受电弓运行轨迹的平缓度,稍差,较好,接触网的动态稳定性,较好,差,接触网的风稳定性,较好,差,环境温度变化对网的稳定性影响,小,大,零部件数量,少,较多,结构的复杂程度,简单,较复杂,施工的难易程度,容易,较难,日常维修的便利性,便利,不便利,事故抢修的难易程度,容易,较难,因接触网的抬升引起弓网事故,小,大,因接触网的振动引起螺栓松动的可能性,小,大,经济比较,一次性投资,低,较高（仅弹性吊索需增加投资约,1.65,万元,/,条公里）,运营维护费,低,较高,34,四、悬挂方式的技术经济比较,综合比较结果：,简单链型悬挂静态弹性不均匀度较大，导致受电弓运行轨迹的平缓度稍差，但简单链型悬挂的结构最为简单，投资最省，施工调整、运营维护及事故抢修较容易。我国施工、维修部门有丰富的经验。,弹性链型悬挂静态弹性不均匀度较小，受电弓的运行轨迹也较平缓，但接触网的动态抬高量大，容易发生打弓事故，且稳定性较差。弹性吊索的施工需要专门的计算软件，专用工具，调整困难，不仅影响本跨，同时影响相邻跨的导高，给维护和抢修带来难度。,35,四、悬挂方式的技术经济比较,综合比较结果：,弹性链型悬挂由于弹性吊索的存在，受环境温度影响较大，接触网几何状态不如简单链型悬挂稳定，接触线高度受环境温度影响较大。,36,四、悬挂方式的技术经济比较,技术比较时需要注意的几个问题,:,关于静态弹性不均匀度,在高速状态下，仅仅依靠静态指标来评价弓网受流质量是不完善同时也是不科学的。静态弹性不均匀度不是影响高速受流质量好坏的决定条件，动态接触力及其标准偏差才是弓网受流质量好坏的最终评价指标。静态弹性即使,100%,的均匀，但如果接触网波动传播速度较小，同样不能实现高速受流。另外，静态弹性无论如何均匀，弓网间的动态接触力也是不均匀的，而是在一定范围内变动，具有较大的分散性。,国外实际运营经验也表明：当车速超过,250km/h,时，受流质量与接触网的弹性均匀与否关系不大，而更大程度上取决于接触线的振动情况。这是因为在高速状态下，弓网间动态接触力的大小主要取决于动态分量，即空气动力和受电弓对接触线的惯性力。,37,四、悬挂方式的技术经济比较,在相同条件下，简链和弹链接触导线使用寿命的比较分析：,项目,简链,弹链,动态接触压力,动态平均接触力和标准偏差相当,最大、最小接触压力,相当,接触线的材质,相同,受电弓滑板材质,相同,接触网的振幅,大,小,弯曲疲劳,小,大,综合评价,简链由于接触网振幅较大，导线局部磨耗不均匀现象比弹链明显，但因最大、最小、平均动态接触力及标准偏差与弹链相当，导线最大磨耗相当，因此导线整体寿命相当。,弹链的动态抬升整体比简链大，较简链容易产生疲劳断线。,38,五、我国高速宜采用的悬挂方式,从悬挂方式对速度适应性的发展历程来看，四十年前东海道新干线,210km/h,采用复链型悬挂，当时人们认为,200km/h,速度应采用弹性均匀的复链型悬挂。现在，我国广深、秦沈,200km/h,采用简链就已经达到了令人满意的受流效果。再从法国的经验来看，,300km/h,的简链接触网已经使用了十几年，,350km/h,的简链接触网也已投入运行，这说明简链不仅在,200km/h,速度段的受流性能得到了确认，在,300,350km/h,速度段同样能满足运营要求。从德国的经验来看，从,160,330km/h,速度，弹链的使用已经有了成熟的经验，受流质量同样满足要求。,39,五、我国高速宜采用的悬挂方式,复链型悬挂结构复杂，投资高，国内无成熟的设计、施工和运营经验，不宜在我国高速中推荐采用。,弹链和简链在高速下均有出色的受流性能，主要原因是两种悬挂都加大了接触线的张力，提高了接触线的波动传播速度，并生产出了追随性能优越的受电弓。对于高速而言，从受流质量要求来看，弹链和简链均能满足要求，但弹链施工调整麻烦，运营维护和事故抢修难度加大，同时弹链的稳定性不如简链。这两种悬挂方式在国内都有推荐采用。我院在京沪高速中推荐简单链型悬挂。,40,谢 谢,41,