单线隧道内接触网悬挂方式施工探讨.docx

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单线隧道内接触网悬挂方式施工探讨

毕业设计（论文）

中文题目：

单线隧道内接触网悬挂方式施工探讨

专业：

电气化铁道技术

姓名：

学号：

指导教师：

2012年3月20日

电气工程系

一、设计题目及内容

论文题目为《单线隧道内接触网悬挂方式施工探讨》。

由于我国铁路的跨越式发展，200km/h以上的高速铁路及客运专线会是今后的主要方向，速度的提高，线路曲线半径的加大增加了隧道和桥梁在线路中的占有比例。

隧道内接触网的悬挂方式直接影响到高速铁路的运行。

目前国内隧道中普遍使用的水平悬挂，仅适用于速度目标值120km/h以下的线路，单支撑腕臂悬挂方案也只适用于速度目标值140km/h以下线路。

本文将根据以往的施工经验及相关知识，争对单线隧道以200km/h为速度目标值，探讨单线隧道内接触网的悬挂方式。

二、基本要求

三、重点研究问题

四、主要技术指标

五、应收集的资料及参考文献

1.《接触网》，吉鹏霄主编；“隧道内链形悬挂安装图”；

2.达成施网7002，铁道第二勘察设计院；

3.“渝怀线隧内安装图”，铁道第二勘察设计院；

4.“多线隧道接触悬挂安装图”，铁道第二勘察设计院。

六、进度计划

设计环节

日期

1

收集有关资料

2011-12-10

2

编写论文提纲

2012-1-7

3

编写论文

2012-2-3

4

修改论文

2012-3-14

5

打印、装订

2012-3-20

七、附注

中文摘要

由于我国铁路的跨越式发展，200km/h以上的高速铁路及客运专线会是今后的主要方向，速度的提高，线路曲线半径的加大增加了隧道和桥梁在线路中的占有比例。

目前国外高速铁路隧道外及双线隧道内的接触网悬挂形式均采用直链形全补偿简单或弹性悬挂，该悬挂方式，在特定的接触线、承力索张力条件下，接触网波传播速度可达500km/h以上，已可以满足350km/h高速铁路的运营需要，其结构高度为1100mm~1800mm之间，最短吊弦应大于400mm，而单线隧道内，由于隧道净空的限制，结构高度要大大降低，所以采用以上弹性链形悬挂是无法安装的。

针对水平悬挂的稳定性差，接触网弹性非均匀性高的问题，在以后的施工中要重点注意这两方面的问题上。

本文将根据以往的施工经验及相关知识，争对单线隧道以200km/h为速度目标值，探讨单线隧道内接触网的悬挂方式。

关键词：

隧道、直链形全补偿、弹性悬挂、悬挂方式。

目录

1探讨的目的和必要性……………………………………………………………4

1.1高速铁路对接触网悬挂的要求……………………………………………4

1.2目前我国单线隧道主要采用的悬挂方式及特点…………………………5

2隧道内接触网悬挂方案探讨…………………………………………………8

2.1悬挂方案一………………………………………………………………9

2.2悬挂方案二………………………………………………………………10

2.3悬挂方案三………………………………………………………………10

2.4悬挂方案四………………………………………………………………11

2.5定位方案…………………………………………………………………11

3接触网检修作业方式……………………………………………………………………13

3.1接触网检修模式……………………………………………………………13

3.2接触网停电检修的不良影响………………………………………………13

3.3降低供电部门的劳动生产率……………………………………………………………14

3.4具体措施………………………………………………………………………………14

4接触网设备电气烧伤问题处理………………………………………………16

4.1电气烧伤原因分析………………………………………………………16

4.2非正常的电流转换………………………………………………………………18

5对接触网电气烧伤问题的防治措施…………………………………………………19

参考文献……………………………………………………………………………………20

致谢…………………………………………………………………………………………21

单线隧道内接触网悬挂方式施工探讨

1探讨的目的和必要性

1.1高速铁路对接触网悬挂的要求

　　高速铁路反映与代表了一个国家的经济技术水平，是当今世界铁路发展的趋势和潮流。

接触网系统是牵引供电系统中主要的供电设备之一，它直接与机车相连，当列车高速运行时，接触导线和机车受电弓之间是一种动态稳定的系统，受流质量既取决于弓的参数，又取决于网的参数，两者参数应合理的匹配才能实现高质量的取流，才能确保列车高速运行。

因此接触网悬挂系统的选择，应能保证在车速变化等各种恶劣条件下正常取流，以提高运行可靠性。

　　列车要高速运行，弓网受流质量是高速电气化铁路需要解决的最关键的问题。

评价受流质量通常有离线率、动态接触压力、动态抬升量、接触网的弹性、受电弓的追随特性等因素，下面是世界各国对高速接触网悬挂弓网受流质量的普遍评价标准：

（1）最大接触压力（Fmax）：

＜200N

（2）最小接触压力（Fmin）：

＞40N

　　（3）接触压力标准偏差（δ）：

δ=20%~30%F

　　（4）平均接触压力（F）：

（F-3δ）＞0

　　（5）离线：

离线率（μ）：

μ＜5%

                 最大持续时间＜50ms

　　（6）弹性不均匀系数：

U＜30%

　　要满足以上要求，除提高接触线、承力索张力外，接触网的悬挂形式也是非常关键的环节。

1.2目前我国单线隧道主要采用的悬挂方式及特点

1.2.1水平悬挂方式

目前，我国很多单线隧道内接触网所采取的悬挂方式为水平悬挂方式，该方式从我国第一条电气化铁路就一直沿用（达成铁路电气化工程采用本悬挂方式）。

长期运营经验证明：

该方式结构简单、稳定、可靠，其装配形式得到广泛推广和使用。

如下图所示：

　从以往的施工、运营情况分析看，水平悬挂方式存在以下缺陷：

（1）在接触线定位点集中了定位装置的全部重量约9.5kg，局部形成硬点，影响接触网弹性的均匀度；

（2）定位绝缘子已伸到了受电弓的工作范围内，成为不安全隐患；

（3）承力索柔性悬挂，接触网的稳定性差；

（4）县挂点多，测量和施工的难度均大，不方便精确控制。

在列车高速运行的情况下，由于该悬挂的弹性非均匀度较大，容易形成离线，离线时产生的火花与电弧，不但使受电弓受流质量差，造成接触线及受电弓局部磨耗加大，缩短接触网、受电弓使用寿命，而且其高次谐波形成对临近环境的电磁污染。

由于目前要求的高速线路接触压力的增大，引起接触线的抬升增大，受电弓可能直接与定位绝缘子碰撞，造成行车事故。

因此水平悬挂方式已很难满足高速线路的运营模式，必须对其进行改进。

1.2.2单腕臂支撑悬挂方式

如下图：

本悬挂方式由中国铁道第二院勘察设计院设计，笔者所在单位（中铁十一局集团电务公司）施工，在渝怀铁路电气化工程施工中常属国内首例。

本悬挂方式主要有以下特点：

（1）大大减少了隧道内的支持点，减少了绝缘子装配数量，从而提高了隧内绝缘性能，减少了故障发生率。

（2）隧道内支持点的减少，减少了锚栓用量提高了施工的准确性。

（3）此弹性支持结构系统对初始阶段的测量要求极高，否则很难满足导高和拉出值。

（4）悬挂与定位在同一断面内，对隧道及锚栓预埋强度提出更高要求，悬挂集中对接触网容易形成局部硬点。

（5）高速铁路受电弓对接触网的接触压力大，限制了受电弓的有效抬升量接触线的抬升量的，本悬挂方式。

因此本悬挂方式也很难满足我国高速铁路的要求。

为满足高速要求也需对其进行有合理改进。

2隧道内接触网悬挂方案探讨

    目前国外高速铁路隧道外及双线隧道内的接触网悬挂形式均采用直链形全补偿简单或弹性悬挂

如下图：

该悬挂方式，在特定的接触线、承力索张力条件下，接触网波传播速度可达500km/h以上，已可以满足350km/h高速铁路的运营需要，其结构高度为1100mm~1800mm之间，最短吊弦应大于400mm，而单线隧道内，由于隧道净空的限制，结构高度要大大降低，所以采用以上弹性链形悬挂是无法安装的。

针对水平悬挂的稳定性差，接触网弹性非均匀性高的问题，在以后的施工中要重点注意这两方面的问题上。

基于以上我们探讨以下思路：

（1）不改变悬挂方式，仍然采用直链形全补偿简单链形悬挂。

（2）施工方案中尽量采用既有、成熟的接触网悬挂零部件，减少新零件的研制工作，提高悬挂零件的通用性。

（3）充分利用隧道净空，加大结构高度，增加悬挂的稳定性。

（4）采用新的接触线定位方式，减少定位器分配于接触线上的重量，提高悬挂的弹性均匀度。

（5）选用新型的定位零件，尽量减轻定位点的重量。

（6）引进或研制精密的测量仪器，提高测量的精确性。

（7）采用先进的施工工具，提高施工效率和施工准确度。

（8）培养专业施工人员，成立专业化的施工队伍，从人力上保证施工质量。

   根据以上思路和以往设计院的设计情况，通过对以往悬挂方式的反复比较，最后探讨以下几种我认为比较理想的悬挂方式。

2.1悬挂方案一：

（1）思路：

采用水平悬挂方式固定承力索，单支撑腕臂方式固定接触线。

（2）特点：

隧道内水平悬挂方式是一种成熟的承力索悬挂方案，具有安全和可靠性；而单支撑腕臂悬挂方式也是一种通过了多条线路施工正在安全运营的悬挂方式。

该方案对隧道净空的利用非常充分，其净空利用的限制条件仅取决于滑轮框架对隧道壁的绝缘距离；隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。

隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。

理论上也可以满足200Km/h以上速度。

（3）存在问题：

　　①. 承力索悬挂为柔性悬挂，可能会对接触网的振动产生不好的影响；

②. 承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进，目前主要采用的是铜滑轮并在线胀范围内增加护线条。

2.2悬挂方案二

（1）思路：

本方案采用原V型简单悬挂方式悬挂承力索，套管铰环+悬吊滑轮固定承力索，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

（2）特点：

隧道内V型简单方式也是一种成熟的悬挂方案，具有安全和可靠性，施工简单，运营维护方便；对隧道净空利用的限制条件取决于V型悬挂的结构尺寸。

日本新干线采用的隧道悬挂方式的原理与此相似。

　　（3）存在问题：

　　①因为增加了悬挂重量，必须对V型悬挂相应零部件进行力学校验；

　　②方案二中承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

　　③该方案接触线定位全部采用反定位方式，定位管受压。

　　（4）该方案可将V形悬挂顺线路安装，结构高度可增加至750mm。

2.3悬挂方案三：

（1）思路：

参照水平悬挂方式采用单支撑腕臂悬挂组成水平悬挂，用套管铰环+悬吊滑轮进行承力索悬挂，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

（2）特点：

该方案中承力索的稳定性最好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。

　　（3）存在问题：

　　①.承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

　　②工程造价较高，施工难度大。

　　③悬挂承力索的零件占用净空约200mm（套管绞环100mm+悬吊滑轮100mm），应进一步优化悬挂零件。

　　（4）方案优化：

考虑悬挂承力索的水平悬挂改为顺线路安装，改善接触网的弹性更好的满足高速运行中受电弓的抬升量。

2.4悬挂方案四

（1）思路：

该方式在承力索和接触线支撑之间用定位管支撑连接起来，构成“菱形”，温度变化导致的承力索和接触线位移依靠定位管支撑使之相互带动，更加提高了接触网的受流状态及线路运行安全可靠性，并改善了定位点的弹性及受电弓的振动量。

单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

（2）特点：

该方案中悬挂重量分别由两悬臂支撑，接触网的稳定性较好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，该方案能最大限度地利用隧道净空高度加大结构高度，提高支持结构的稳定型从而获得良好的动态性能；另外该方案交之方案六，减少一个绝缘子，节约了投资。

　　（3）存在问题：

①悬挂承力索的承力索座，要进行新零件的试制，另外需进一步研究承力索受温度影响的位移情况。

②施工中安装工序繁锁，不利快速高效的期要求。

2.5定位方案

（1）方案一：

采用单支撑平腕臂+JL9101（D1）定位器+吊柱

　　该方案调整方便，零部件现成，但受绝缘子长度、吊柱安装尺寸限制及绝缘距离限制，在接触网悬挂高度较高的双层集装箱通行条件下安装困难。

（2）方案二：

采用单支撑平腕臂+JL9101（D1）定位器+隧道腕臂调整底座。

该方案垂直方向调整困难。

　　（3）方案三：

采用单支撑弓形腕臂+定位管+JL9101（D1）定位器+隧道腕臂。

解决了垂直方向调整问题，但净空要求较大。

　　以上三种方案均存在优化问题，既所有零部件在仅作定位的时候，其强度已大大超过定位所需要的强度。

结论，通过对上述方案的探讨和以往的施工、运营情况，为保证高速电气化的施工、运营安全质量，节约施工成本等角度出发，笔者认为方案一、二、三相对具有较为明显的优势，能满足200km/h以上的高速铁路运营。

3接触网检修作业方式

目前，我国电气化铁路接触网检修作业方式分为带电检修和停电检修两种。

检修手段比较先进，主要靠机械进行，人工辅助。

东北有两条电气化铁路：

哈大线和秦沈线，由于列车运行速度和方式的不同，作为我国高速铁路的试验线，秦沈铁路线接触网检修具有自身的特点，本文通过对秦沈铁路的管理模式的探讨为我国铁路今后各条线路的提速管理打下基础。

3.1接触网检修模式

3.1.1接触网带电作业

　　接触网人工带电检修作业主要有两种：

一是等电位直接带电作业；二是使用绝缘工具的间接带电作业。

目前，多采用等电位直接带电作业方式。

3.1.2接触网停电检修

　　目前，我国电气化铁路接触网检修由于受到人工检修等条件限制，有些检修项目、作业地点和天气不良时，尚不能直接带电作业，必须接触网停电后，才能进行检修作业。

如，清扫、擦洗接触网支柱上的绝缘子，由于绝缘子距离接触网支柱很近，而在正常情况下，接触网支柱处于地电位，所以不能进行等电位直接带电作业。

3.2接触网停电检修的不良影响

　　接触网停电检修的不良影响，主要有以下几个方面：

3.2.1降低电气化铁路通过能力

　　接触网停电进行检修作业，要求在列车运行图中每天预留一段时间（一般为60～９０ｍｉｎ）作为铁路供电部门对接触网进行停电检修作业的时间。

秦沈线新建干线区段全长３７１ｋｍ，站间间隔为60公里的距离，如果固定停电检修接触网则在该区间两端的车站只能接发一趟列车，如果不准许站外停车，则后续列车必须在该区间的前一站停车待避，这样增加了另一个区间的空闲，严重的影响了该线路的行车，降低了区间通过能力。

而且接触网停电范围愈广，检修天窗时间愈长，降低通过能力愈多。

3.2.2降低列车运行速度

　　接触网停电作业，一般是利用区间列车运行间隔或站间列车到发和调车的间隙进行。

秦沈铁路线区间最短为50公里，平均列车时速按160km/h计算，区间运行时间不到20分钟，如果采用即有线的列车运行图，全天24小时运行，北京到沈阳为650公里，区间14个站，按站停平均5分钟计算，停车时间为70分钟，160km/h速度列车需要6个小时，180km/h速度列车需要4.5～5个小时，200km/h速度列车需要3.5小时（高速列车站停少）。

如果按此种计算方法，如果出动接触网检修车进行维修，不但占用区间，影响行车。

检修期间，有相当的列车在中间站停留，等待检修作业完了，接触网恢复供电后才能继续运行。

如果采用固定天窗检修，停电时间60～９０ｍｉｎ，可见对列车旅行速度影响的严重程度。

3.3降低供电部门的劳动生产率

　　通过近半年时间的停电检修作业的实践，每次作业包括供电调度下达停电、送电命令，通讯故障情况下的现场手动操作命令、两次倒闸操作，现场挂、撤地线等实际上每次作业时间不足１ｈ。

如果不推行接触网带电作业，仅靠停电检修作业，劳动生产率就会很低。

3.4具体措施

3.4.1不断扩大带电作业范围

　　采用先进施工器械，大力采用、推广各种机械化、自动化检修设备；增加人工带电检修作业经验。

3.4.2改“周期修”为“状态修”

　　周期修带有一定的盲目性，如采用接触网检测和测试设备，不断测试接触网悬挂的动态性能和技术参数，不断检查接触网的隐患和超限量，并根据检查、测试的结果，有针对性地对其中技术状态不良处所进行维修，就能充分利用图定的检修时间，提高检修质量，保证接触网不间断供电。

3.4.3采用不固定接触网停电检修时间的检修方式

　　即在运行图中不固定接触网检修天窗时间，采取在月度运输方案中定期抽线的办法，安排数次较长时间停电的检修天窗时间。

每月停电的次数、停电时间的长短，可根据周期修或状态修、大修作业的需要来确定。

一般每月安排3～4次，每次安排3～4小时。

3.4.4结合秦沈线实际情况，做好接触网设备的维护管理工作

　由于秦沈线刚刚投入运营，运能不断增加，因此

　　首先实行固定天窗

　　1）随着列车对数增加，增加带电作业次数

　　2）提高状态修利用率，编制月接触网检测车出动计划，并做好数据的分析工作。

　　其次实行状态修

　　按检修项目分为出车或不出车（带电或停电）

　　a张力补偿器b避雷器c隔离开关d支柱e定位装置f锚段关节等不需出车；

　　a接触网导线b承力索c电分段e绝缘子等需出车维护。

　　这样不仅减少了作业次数和每次作业的辅助工作时间，减少停电检修的不良影响；而且可以保证作业时间、提高检修质量和劳动生产率。

还可以作为供、工、电等部门互相配合，维修供电、线路、桥梁和通信信号的时间。

有利于提高电气化铁路的整体维修质量，有利于提高牵引供电设备的运营可靠性。

　　第三特殊天窗

　　秦沈线共设6个车站，在每个车站两侧接触网上上下行线各有2个隔离开关，如果有站内Ⅱ、4、6道接触网检修施工，则我们就可以分开该线路两侧的隔离开关，然后对上行线采取越区供电的方式恢复送电，这样上行列车在站内可以转下行运行，出站再恢复上行，保证了列车不间断运行。

但有与变电所馈线上网点设计原因，此方法实施不包括葫芦岛北、盘锦北、台安三个站，

　　第四综合天窗的设置

　　首先秦沈线既不同于常规铁路，也不同于高速铁路，它是中高速列车共线运行的模式，因此综合维修天窗的设置具有自己的特点：

　　1晚间采用高速铁路的维修天窗：

垂直天窗，时间为3～4个小时，

　　2白天利用140KM/H列车的运行间隔采用状态修，既不停电施工，

结合秦沈铁路的长度，列车运行速度，施工天窗一般应在凌晨2～5点之间。

4接触网设备电气烧伤问题处理

电气化铁道中，接触网设备是在力与电的双重作用下工作的，所以机械故障和电气烧伤故障构成了接触网故障的主体。

在接触网运行了多年、牵引运能不断增加的情况下，设备的电气烧伤现象已越来越突出，而且电气烧伤问题在事前又不易于发现，危害性很大。

据统计，原邵武供电段1999年接触网故障共有135件，而其中电气烧伤故障就有49件（占总故障数的36.3%）；1996—1999年间，因电气烧伤而发生的接触网事故有6件，停时889分钟。

因此，防治接触网设备发生电气烧伤故障已成为供电运营单位为确保供电安全的一个重要课题。

4.1电气烧伤原因分析

4.1.1、TRANBBS设计中采用的线索允许持续载流量偏小

　　在电气化设计中，虽对线路牵引运能的增加裕量有所考虑，但随着铁路运输发展，现在牵引运能的增加已超出了裕量。

原采用的一些线索因持续载流量偏小而承受不了大电流的长期运行，发生了电气烧伤。

　　鹰厦线的鹰邵段地处大坡道区段，最大坡度达20‰。

从1997年4月1日新运行图起，鹰邵段牵引动力由SS4型电力机车代替了SS3型电力机车，牵引定数由原来的2650吨提高到2950吨。

牵引定数的增加引起了接触网牵引电流的增大。

地处最大坡道区段的铁关村变电所的两条供电线：

资溪—园岱臂供电线采用的是2×LJ-150mm²硬铝绞线；园岱—华桥臂供电线采用的是2×LGJ-150mm²钢芯铝绞线。

据该变电所记录，牵引电流经常达600A以上，有时甚至超过800A。

而LJ-150mm²硬铝绞线的允许载流量为440A，LGJ-150mm²钢芯铝绞线的允许载流量为445A。

这样，在长时间的大电流作用下，线索“不堪重负”而发生了烧伤。

仅1999年一年内这两条供电线就发生了10起电气烧伤故障。

4.1.2主导电回路缺陷

　　接触网主导电回路由馈电线、隔开、隔开引线、承力索、接触线、电联接器、吸变、吸变引线等组成。

各部分间由各种线夹进行连接，使这一回路沿铁路延伸，满足向电力机车供电的需要。

主导电回路必须良好，才能保证电流的畅通；若存有缺陷，将引起局部载流过大、零部件分流严重，从而烧伤接触网设备。

　　主导电回路导流不畅

　　电气联接部分因连接不良或长时间运行松动等原因引起的电、化学腐蚀，造成主导电回路的截面（或当量截面积）不足，电气连接阻抗加大，从而导流不畅，烧伤接触网设备。

如：

将承力索纳入了电联接器电气导流的一部分；电联接线夹大小槽装反；线夹内有杂物；设备线夹间非面面接触等等。

　　1999年11月2日发生的外洋站电联接器烧红故障。

原因是电联接器的铜铝接续管压接不牢，造成铜铝接续管与电联接线之间导流不畅，电气过渡阻抗较大，长时间运行温升过高，进而烧伤发红。

4.1.3主导电回路不闭合、主导电通道迂回

　　站场中的接触网结构比较复杂，在进行电气连接时，由于种种原因造成主导电回路不闭合、主导电通道迂回，引起分流严重而烧伤接触网零部件。

　　馈电线只对1条股道上网，而未对同馈线的其它股道同时上网

　　如：

原铁关村变电所的资溪-园岱供电臂馈线上网情况。

　　由于馈电线只在铁关村站Ⅰ道A处上网，未对Ⅱ、Ⅲ道进行上网，致使Ⅱ、Ⅲ道以及相邻区间机车取流的电流（I1、I2、I3）都要通过A处，引起A处局部温升过高，造成了1999年元月25日A处电联接线夹内接触线断线事故。

后来加装了股道间电联接ABC，以使馈线同时对3条股道上网。

4.1.4 股道间电联接的设置远离软横跨

　　在一次设备质量检查中发现西陇站Ⅲ道43#-44#软横跨的定位环与定位器的定位钩间烧伤严重。

原因是：

股道间电联接AB离Ⅲ道43#此定位较远。

当电力机车在Ⅲ道41#--43#间取流时，主导电流I通过电联接器CD迂回流向电力机车，而由于43#--44#软横跨位于电源侧，回路电阻RAEFN

而定位环线夹与定位器间为非永久固定性连接。

当电力机车通过时，受电弓的抬升力使定位器瞬时减载，导致定位器与定位环线夹间松动，两者接触电阻加大，分流电流IF流过时温升过高，时间一长便造成了定位环线夹与定位钩间的烧伤。

后来采取了加装一组股道间电联接OPQ的措施，来防止定位环线夹与定位钩间发生电气烧伤。

4.2非正常的电流转换

　　设计的接触网结构中某些不应有电流通过的地方，而由于某些条件的巧合通过了全部或部分牵引电流。

由于这些地方没有保证牵引电流（或其分流）通过的必要的电气连接，所以烧伤了接触网设备。

4.2.1立体交叉的线索、线索与支持