宁天城际一期工程接触网系统优化设计

梁 勇

宁天城际一期工程接触网系统优化设计

梁 勇

结合宁天城际工程的特点，对接触网系统的设计方案进行了描述，提出了刚性悬挂平面布置优化方案、柔性悬挂平面布置优化方案、接触网雷电防护设计优化方案，从不同角度对接触网系统优化设计提出了建议。关键词：接触网；刚性悬挂；柔性悬挂；避雷器

0 引言

宁天城际一期工程南起泰山新村站，向北沿泰山新村站、泰冯路、江北大道和金江公路至金牛湖站，全长约45.2 km，共设17座车站和2座主变电所。宁天城际一期工程是南京地铁线网中第一条全部位于长江以北的线路，为国内轨道交通一次建成里程最长，运行速度最快的城际地铁，二期工程线路将延伸至安徽省天长市。一期工程于2012年6月开工建设，2014年4月开始空载试运行，2014年8月1日正式投入运营，建设速度之快堪称国内轨道交通的“奇迹线”。

该工程列车采用B型车4辆编组，最高运行速度为120 km/h，供电系统采用集中110 kV-35 kV两级供电方式，由新建的大厂东主变电所和方州广场主变电所引出35 kV电源，向地铁牵引降压混合变电所及降压变电所供电，接触网系统采用DC 1 500 V架空接触网受电方式。

1 接触网系统设计方案

宁天城际一期工程接触网系统采用直流、双边供电方式。接触网为正极、走行轨为负极，额定电压1 500 V，允许电压波动范围为1 000～1 800 V。全线采用架空接触网受电方式，地下段采用架空刚性悬挂，地面段和高架段采用全补偿简单链形悬挂，车辆段采用全补偿简单链形悬挂和补偿弹性简单悬挂，悬挂类型见表1。

架空柔性悬挂由承力索、接触线和架空地线组成，架空刚性悬挂由汇流排、接触线和架空地线组成，线材的规格和张力见表2。

表1 宁天城际一期工程接触网悬挂类型表

表2 线材规格和张力一览表

2 接触网系统优化设计

结合宁天城际一期工程的线路和工程特点，分别对刚性悬挂平面布置，柔性悬挂平面布置，接触网雷电防护设计方案进行优化设计。

2.1 优化刚性悬挂平面布置

早期刚性悬挂平面布置方案主要有2种：一种为半波方式，即一个锚段汇流排呈半个近似“正弦波”布置；一种为全波方式，即一个锚段汇流排呈整个近似“正弦波”布置（半波和全波布置方式见图 1）。通过对半波和全波方式的建模分析可知，无论半波模式还是全波模式，相比于受电弓中部，在一个循环周期内受电弓两侧与接触线接触的长度要长，使得两侧的机械磨耗较中间部位要大，受电弓滑板磨耗不均匀。

图1 半波和全波布置方式示意图

为使受电弓滑板磨耗更加均匀，可借鉴柔性接触网平面布置的方式，将一个锚段内汇流排基本成折线布置，折线间以圆弧相连，圆弧半径不小于汇流排最小人工弯曲半径，每个刚性悬挂的锚段3次通过线路中心线，锚段关节处的拉出值设置为150 mm，锚段内拉出值不超过250 mm。由于汇流排主要以直线形式出现，且与受电弓中心对称布置，通过对刚性悬挂布置方案的优化，在折线布置方式下接触线在受电弓上的分布基本平均，每段滑板的机械磨耗基本相当，可以有效地改善受电弓滑板的磨耗均匀度，折线布置方式见图2。

图2 折线布置方式示意图

2.2 优化柔性悬挂平面布置

城际工程高架区间接触网支柱基础由桥梁负责预留实施，需要接触网向桥梁专业提出支柱基础受力和预埋位置等技术要求。高架区间的箱梁梁体制作通常采用现场浇筑的方案，需要根据高架线路的走向现场架设脚手架后开展现场浇筑，施工工序相对复杂，施工周期较长。工期紧张时，传统的箱梁制作工艺很难满足工期进度的需求，通过采用梁场整体预制箱梁再吊装的技术可以大大缩短建设周期，提高工程施工的效率。宁天城际一期工程施工周期短、高架线路多，为此大部分高架区间的箱梁采用了高效率的整体预制再吊装施工的方案。

高架区间柔性悬挂的平面布置一般根据悬挂类型、线路曲线、受电弓工作宽度、接触线的风偏值、牵引变电所位置、道岔位置等因素确定。考虑到上述因素，对于传统的接触网平面布置方案，接触网预留支柱基础一般不会固定分布于桥梁的特定位置，箱梁梁体预制时，需要根据支柱基础位置制作不同的模具，很难实现模具的统一化，影响工程进度并造成模具资源的浪费。

宁天城际一期工程整体预制标准简支梁多采用30 m标准跨距，基于箱梁采用整体预制的前提，接触网专业对线路平面图、桥梁的孔跨布置图进行了分析和研究，提出基于30 m标准跨距整体预制箱梁的优化布置方案。在满足平面布置要求、跨距比等技术要求的前提下，通过跨距调整实现预制箱梁的标准化制作，从而大大提升了整体预制箱梁技术创新优势。

（1）接触网中间柱采用40 m标准跨（图3）。直线段标准简支梁孔跨采用30 m标准跨距，接触网中间柱通过平面优化布置将跨距设定为40 m，接触网支柱基础位置正好布置于每片简支梁的5/6、无、1/6、1/2处，并按照该规律循环。

图3 接触网中间柱40 m跨距布置图

（2）接触网转换柱采用30 m标准跨（图4）。直线段标准简支梁孔跨采用30 m标准跨距，接触网转换柱通过平面优化布置将跨距设定为30 m，使接触网支柱基础位置正好布置于每片简支梁的1/2处，并按照该规律循环。

2.3 优化接触网雷电防护设计

宁天城际一期工程高架和地面线路将近34 km，约占线路总长的2/3，线路周边多为空旷的农田，夏季多雷雨，架空线路极易受到雷电的袭击，需要对接触网雷电防护方案进行优化设计。结合该工程雷电防护的需求，区间线路采用10 kV串联带间隙的避雷器设计方案，外置空气间隙的避雷器性能更加稳定，耐老化能力较强，空气间隙设置为60 mm，该方案较之于内置式间隙容易损坏更能有效减少避雷器的检修维护量。接触网支柱的斜腕臂和水平腕臂上均安装了绝缘子，2个绝缘子的电气距离较近，可视为等电位，只需在平腕臂绝缘子两侧安装带串联间隙避雷器即可对两支绝缘起到保护，安装方案参见图5。

图4 接触网转换柱30 m标准跨距布置图

图5 串联带间隙的避雷器安装方案示意图

3 结论与建议

结合宁天城际一期工程的线路特点，对接触网系统进行优化设计，提出如下结论与建议：

（1）通过对刚性悬挂布置方案的优化，在折线布置方式下，接触线在受电弓上的分布基本平均，每段滑板的机械磨耗基本相当，可以有效地改善受电弓滑板的磨耗均匀度。

（2）通过对柔性悬挂布置方案的优化，实现了整体预制模具的统一性，节省工程投资；通过梁场标准化预制的验收管理，提高了接触网支柱基础预埋的质量，为后续设备安装创造了良好的工作界面；预制简支梁在城市轨道交通领域的大面积应用，为后续工程提供借鉴经验。

（3）通过对接触网雷电防护设计方案的优化，地面和高架区间线路采用 10 kV串联带间隙的避雷器可以有效地防止绝缘子雷击损坏、降低变电所跳闸率，使用效果较为理想。

[1] GB 50157-2013 地铁设计规范[S].

[2] GB/T 10411-2005 城市轨道交通直流牵引供电系统[S].

[3] GB 50490-2009 城市轨道交通技术规范[S].

[4] 沈海滨，陈维江，王立天，等. 城市轨道交通接触网带间隙避雷器的应用[J].电气化铁道，2010，（5）：42-45.

With reference of characteristics of Ningtian inter-city project, illustrates the optimized design scheme of OCS, puts forward optimized schemes for rigid and flexible suspension layouts, optimized design scheme for OCS lightning protection, and proposes suggestions on optimized design of OCS from different perspectives.

OCS; rigid suspension; flexible suspension; lightning arrester

U225.2

：B

：1007-936X(2015)03-0021-03

2015-04-03

梁 勇.中铁电气化勘测设计研究院有限公司，高级工程师，电话：18551625136。