铁科院法铁试验线简介

昆明铁路供电段 陈 山



铁科院法铁试验线简介

昆明铁路供电段 陈 山

该文依托铁科环试验线引进法铁设计、产品、施工，介绍法国铁路情况、法铁标准、高速铁路设计参数的演变情况、高速受电与弓网关系、法铁设计的几个关键点及采用的重点零部件，为我国接触网设计提供参考，以便在电气化线路上推广部分法铁设计技术，提高我国接触网设计水平。

法铁 V350 接触网设计

1 简介

铁道部产品质量监督检验中心接触网零部件检验站成立于1992年，是国家计量认证合格单位，在北京东郊有周长为9km的综合性高速试验环形线路，供铁路运输装备、线路装备、通信信号设备、牵引供电系统进行试验和检验用。试验线的改造设计工作，部分线路采用法国TGV铁路接触网方案，SNCF负责TGV铁路接触网方案绝缘子以内零部件（含吊弦）的供货，在长达一年半时间的项目策划、实施过程中，中国设计院和法国两国技术人员克服了设计现场环境等诸多困难，最终促成了该项目的圆满完成。

2 法国铁路

法国交通运输非常发达，网络稠密，水、陆、空运输极为便利。法国高速铁路的主要车型是TGV高速动车组，已经有超过30年的运营经验，高速铁路已占法国城市之间50%以上的客运市场份额，个别区段已达100%，国内铁路网32000km，其中高速铁路总里程为3930km，2007年4月，TGV E （东线）创轮轨世界纪录574.80km/h。法国高速铁路线路及运营情况见表1。

表1 法国高速铁路线路及运营情况

3 法国标准

标准是为在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件。法国国家标准协会（AFNOR）成立于1926年，比1947年2月成立的国际标准化组织（ISO）还早，法国铁路标准办公室（BNF）成立于1995年11月，由（AFNOR）赋予其行使制定、实施、维护相关标准的职责。随着欧盟一体化进程，欧盟标准协会（CEN）开始制定欧盟统一技术标准（EN），欧盟标准有统一标准内容的不同语言版本（英语、法语和德语），其中，NF EN为法语版欧盟标准，BS EN为英语版欧盟标准，DIN EN为德语版欧盟标准。法国铁路标准及标准化工作发展较早，有一定的代表性及广泛性。

4 法国高速设计参数的演化

1950年～1985年期间，法国交流接触网采用附加弹性吊索来增加接触网弹性，同德国类似。1985年，东南线取消弹性吊索，法国工程师认为：(1)速度超过250km/h时，受流质量与弹性均匀度关系不大，更大程度取决于接触线的振动，取消弹性吊索，合理布置吊弦，提高接触线的张力，虽然跨中弹性均匀度不是很好，但较大的接触线张力足以保证高速受流的质量；(2)电弧应控制在1次/160m；(3)接触力的标准偏差与平均接触压力的比值应小于0.33；(4)结构设计时，定位点处抬高的安全系数为2。表2描述了法国几条铁路的主要技术参数。

表2 法国高速铁路主要技术参数

5 高速受电与弓网系统

5.1 高速受电的特点

高速受电使接触网与受电弓的波动特性发生变化，空气阻力远大于常速列车，空气动态特性是影响高速受电的一个重要因素，高速列车所需的牵引功率远大于常速列车，若采用多弓受电必然会增加阻力，加大噪声，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电的问题。

5.2 接触网－受电弓系统

高速受电要求接触网在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电，应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力，对接触网的结构和布置应有更高的要求，需要动态模拟软件进行技术参数模拟分析，弓网系统必须满足欧洲标准（EN50119、EN50317、EN50318、EN50367）。

5.3 OSCAR动态模拟软件

结合高速的特点，采用OSCAR动态模拟软件进行高速弓网模拟是提高运行可靠的保证，OSCAR被用于创造最高速度记录（574.8km/h）的设计中。

图1 接触网动态模拟

6 接触网关键点的设计

6.1 道岔

道岔设计为无交叉方式，为了避免连续接触线与行使在正线上的受电弓之间产生相互横向干扰，在正线接触网和渡线接触网间安装一个辅助接触网，像锚段关节间的连接一样。

6.2 接触线上无螺栓固定

法铁以前使用螺母+防松螺母（或锥形垫片），目前使用ERM自锁螺母，其工作原理是对螺栓位于不同的且偏移180度的平面上的两个区域间几个螺纹的两侧施加作用力，采用此螺栓的优点是：达到重量最小，优化动态行为；安装快捷、方便，不会产生安装错误（与螺栓紧固线夹相比）；高可靠性（没有松动或者与受电弓碰撞的危险，无螺栓紧固，不存在扭矩太大、线夹开裂、扭矩太小脱线的故障）。

6.3 补偿装置

采用滑轮张力补偿装置，如图2所示，一般采用5个滑轮将重力传输到接触悬挂上成为水平拉力，这种方式简单、低成本、效率最佳、安装方便、少量维护（每10年进行一次润滑）、完全可靠，但缺点是没有坠落保护装置。

图2 下锚装配

6.4 电连接

仅在锚段关节使用电连接，最大限度取消电连接数量，避免电连接形成硬点，接触网接线的电连接增加磨损速度和事故的风险，采用无螺栓线夹减少受电弓碰弓危险，不存在螺栓扭矩大小而影响线夹性能，通过设计保证了所有线夹的一致性。

6.5 弹性吊索

使用弹性吊索的目的是使跨中心处和悬挂点附近的弹性保持一致。法国工程师认为速度超过250km/h时，受流质量与弹性均匀度关系不大，更大程度取决于接触线的振动，取消弹性吊索，合理布置吊弦，提高接触线的张力，虽然跨中弹性均匀度不是很好，但较大的接触线张力足以保证高速受流的质量。取消弹性吊索避免产生硬点，避免磨损和增加事故风险，降低移动荷载。

图3 不同速度对应的装配形式

7 接触网零部件描述

7.1 腕臂系统、连接材料

腕臂采用冷拔镀锌钢管，与支撑件之间的连接件采用铸件，通电部分的连接件采用铝青铜铸件。镀锌钢管具有高可靠性、良好的耐腐蚀性、较低的成本等优点，铝青铜铸件与钢有非常低的电偶，不需要导电线，具有良好的耐腐蚀性，转动处铝青铜具有良好的耐磨性（铝铸件没有耐磨性），高的伸长率达到20%，其伸长率接近常用的Q235，而铸铝件只有8%，同时铝青铜铸件的强度δb（550/mPb）＞Q235（375～500 mPb）＞ZL101A（314/mPb），因此在转运与安装中不存在断裂失效现象。

7.2 定位器

使用压接头的铝定位器，减少接触线上的承重量，定位器的形状允许适应受电弓不同的机械尺寸（抬升和摆动），无需限位块，避免了硬点的危险。

7.3 吊弦电连接

吊弦电连接需要同时实现铰接和导电，电缆和压接套管的过渡区需要特别注意导流环必须能够自由运动，并承受住随机载荷。采用无螺栓固定设计，安装快捷，方便，不会产生安装错误（与螺栓紧固线夹相比），高可靠性（没有松动或者与受电弓碰撞的危险，无螺栓紧固，不存在因扭矩太大线夹开裂、因扭矩太小脱线等故障）。

8 SNCF与德国接触网的比较

表3 SNCF与德国接触网的主要技术比较

9 结束语

随着铁科环线改造项目完工及投入运营，通过两年的沟通交流，我们对法国的铁路情况、法铁的标准、设计理念有了初步了解，其中的一些优点,如网上无螺栓固定、5个滑轮补偿装置、冷拔镀锌钢管腕臂系统、压接头的铝定位器、无交叉方式道岔布置、OSCAR动态模拟软件等，值得我国电气化的设计、施工部门借鉴。

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

[2] 西南交通大学. 接触网设计及检测原理[M]. 北京：中国铁道出版社，1991.

[3] 电气化工程局. 电气化铁道设计手册——接触网[M]. 北京：中国铁道出版社，1983.

[4] 与法方设计督导技术联络的会谈纪要和记录.

[5] 铁科环线基本设计.