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1、-区间接触网平面设计-第 17 页摘 要随着社会经济的发展,我国正在积极推进高速电气化铁路建设大面积、大幅度的提高现有电气化铁路的运行质量，接触网是电气化铁路的子项目,接触网技术的研究和设计是高速电气化铁路发展的基础。合理的接触网设计，能够提高接触网系统的可靠性，保证铁路生产的正常运行。本设计在概述接触网基本组成的基础上，以高速电气化铁路接触网的基本原理为核心，论述了高速电气化铁路接触网的设计流程和结构特征，并给出了接触网平面设计的技术原则，对其设计过程进行了详细地说明。并系统的阐述了高速电气化铁路接触网的支持装置、结构特征、供电方式等，并着重论述了高速接触网的设计原理及设计内容。本设计依照接
2、触网的设计规范，确定了设计中所必需的各种技术参数，完成由水定至霍尔果斯区间接触网的平面设计，确定高速接触网悬挂模式，根据气象条件，进行设计计算，选取相关主要设备、材料，进行经济技术比较，对接触网进行调整，并应用CAD绘制水定至霍尔果斯区间的接触网的平面设计图。关键词：电气化铁路；接触网；平面设计；结构特征AbstractWith the development of social economy, our country is actively promoting the construction of high speed electrified railway, greatly impro
3、ving the quality of existing electrified railway, overhead line system is a subproject of electrified railway, the research and design of overhead line technology is the basis for the development of high speed electrified railway. The Reasonable design of overhead line system can improve the reliabi
4、lity of overhead line system, ensure the normal operation of the overhead line system. Based on the introduction of the basic contents of overhead line system, this thesis was according to the fundamental technical theories of overhead line system in high-speed railway, and discusses the design proc
5、ess and structural characteristics of the high-speed electrified railway contact systems, provides the technological principles for the graphic design of the overhead line system, and expatiates its design procedure. Bsides, this thesis systematically elaborates the supporting equipments, structure
6、features and power way of high-speed overhead line system, emphasizes on the principle and contents of design. This design was according to the design specifications of overhead line system, determine the various technical parameters that required in design, determine the overhead line system suspen
7、sion model, according to the meteorological conditions, calculation the date and selected the major equipment and materials, besides made economic and technical comparison and do the adjustments of overhead line system, at last , the graphic design of the overhead line system between Shuiding and Hu
8、oerguosi was drawn by CAD software.Key Words: Electrified railway, Overhead line, The plane design, Structural features目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 工程背景11.2 设计范围11.3 设计依据11.4 设计目标11.5 本设计的主要工作22 气象资料32.1 接触网设计中需要的气象资料32.2 我国气象区的划分33 设备选择及设计计算53.1 主要设备选用53.2 接触悬挂类型及相关参数的选择63.3 负载计算73.4 跨距长度计算93.5
9、锚段长度计算114 绘制水定至霍尔果斯区间接触网平面图154.1 放图154.2 布置支柱154.3 划分锚段154.4 确定拉出值154.5 确定支柱类型164.6 表格栏及相关说明164.7 安装图号174.8 水定至霍尔果斯区间接触网设备装配图说明174.8.1 水定至霍尔果斯区间接触网平面设计图说明174.8.2 下锚支柱装配图说明184.8.3 直线绝缘转换柱装配图说明184.8.4 直线非绝缘转换柱装配图说明184.8.5 直线中间立柱正、反定位装配图说明184.8.6 曲线外侧中间柱装配图说明194.8.7 回流线下锚装配图说明194.8.8 回流线腕臂柱肩架装配图说明19结 论
10、20致 谢21参考文献22附图A 水定至霍尔果斯区间接触网平面图23附图B 水定至霍尔果斯区间接触网设备装配图231 绪论1.1 工程背景霍尔果斯是位于中国新疆伊犁哈萨克自治州霍城县一个陆路口岸，与哈萨克斯坦隔霍尔果斯河相望。是目前中国西北五省综合运量最大的国家一类公路口岸，也是中国向西面对中亚、西亚乃至欧洲距离最近，最便捷的口岸，已成为中国政府实施“东联西出，西来东去”战略的重要支点。霍尔果斯口岸所处的伊犁哈萨克自治州，位于祖国的西北边陲，是我国向西开放的门户和21世界开发建设的重点地区之一。在这里建造铁路，以便利祖国与边境国家货物交易往来，将会为国家与中亚、西亚、欧洲的经济贸易，打下良好的
11、基础。霍尔果斯平均海拔为750840之间，水定至霍尔果斯之间，直线距离为41.4公里，设计目标时速为160km/h，供电方式选择直供加回流线的供电方式。1.2 设计范围包括悬挂模式选择及比较、气象条件选择、线材及设备选型、进行设计计算，对水定至霍尔果斯区间接触网进行平面设计。1.3 设计依据(1) 相关专业提供的工程设计资料。(2) 国家现行有关设计规程，规范及标准，主要包括：高速铁路设计规范（试行）(TB10621-2009)；铁路电力牵引供电设计规范(TB10009-2005)；铁路客运专线技术管理办法（试行）(铁科技2009212号)；建筑结构荷载规范(GB50009-2001)；客运专
12、线铁路电牵引供电工程施工质量验收暂行标准(铁建设2006167号)；铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行(铁建设200739号)；铁路枢纽电力牵引供电设计规范(TB10007-2000)。(3) 国家现行的标准图和通用图。(4) 由甲方提供的原始资料及来自建筑设计部门的有关线路详图。1.4 设计目标(1) 接触网平面设计，应结合近、远期发展目标，综合考虑。(2) 接触网设计应符合铁路技术规范及电气化铁路设计规范的要求。(3) 接触网设计中要考虑各个专业之间的配合。(4) 接触网应具有良好的经济、技术性能，体现国家的技术政策，并尽量采用先进技术。(5) 接触网的设计应以保证安全运营为基本原则，具
13、有良好的质量。1.5 本设计的主要工作(1) 气象条件的确定；(2) 悬挂模式的比较及选用；(3) 线材及主要设备的选择；(4) 接触网最大跨距、最大锚段长度计算；(5) 接触网其他参数的选择及计算；(6) 绘制接触网平面图及设备装配图。2 气象资料2.1 接触网设计中需要的气象资料接触网设计中所需要的气象资料包括最高温度、最低温度、接触线无驰度时的温度、吊弦及定位器处于正常位置时的温度、最大风速及其出现时的温度、线索覆冰厚度、覆冰时的风速及温度，此外还有线路横跨河滩及山谷是的最大风速等。温度变化的影响：温度变化会使接触线和承力索的弛度发生变化，低温时，线索被拉紧，有时还会出现负弛度，使运行情
14、况变坏。高温时，会出现线索伸长、弛度增大等，这些都是应在设计中考虑的因素。风对接触网的影响：风对接触网来说，不仅增加线索和支柱的机械负荷，而且在各种风速和不同方向的作用下，会使接触线产生摆动、振动或舞动。速度大且强劲的风会使接触线出现巨大的摆动。当气流遇到接触线时，不仅能在圆导体后面形成涡流，而且能在圆导体的上部或下部形成涡流。在这种涡流的作用下，会使接触线产生一个向上（或向下）的力。当风向与线路垂直时，就会交替地产生这种向上（或向下）的力，从而对接触线产生周期性的冲击作用，造成导线在垂直平面内的上下振动1。2.2 我国气象区的划分我国在1972年进行的全国设计规范改革中，结合各地情况将全国划
15、分为九个标准气象区，大体所属范围划分如下：I区：为南方沿海易受台风侵袭的地区，如浙江、福建东部、广东、广西沿海地区等；II区：是指华东大部分地区，包括安徽、山东、江苏大部分地区；III区：包括西南南部的非重冰地区，以及福建、广东等受台风影响较弱的地区；IV区：包括西北大部分地区，华北及京、津、唐等地区；V区：使用于华东、中南和西南三个地区的广大山区；VI区：泛指湖北、湖南、河南以及华北平原的大部分地区；VII区：适用于寒潮风较强烈的地带，如东北大部分地区，河北的承德、张家口一带；VIII区：适用于覆冰严重的地区，如山东、河南的大部分地区，湘中、粤北重冰地带；IX区：是指云贵高原重冰地区。所列的
16、九个典型区域气象数据如下表2.1所示1：表2.1 标准气象区数据计算条件IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX最高温度()+40+40+40+40+40+40+40+40+40最低温度()-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰时的温度()-5-5-5-5最大风速时的温度()+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装时的温度()00-5-10-5-10-15-10-10大气过电压时的温度()+15+15+15+15+15+15+15+15+15内部过电压年平均气温()+20+15+15+10+15+10-5+10+10最大风速(m/s)353025253025303030
17、覆冰时的风速(m/s)101010101015151515安装时的风速(m/s)101010101010101010大气过电压风速(m/s)151515151510101010内部过电压风速(m/s)0.5最大风速(不低于15m/s)覆冰厚度(mm)5551010101520覆冰的密度(kg/m3)900水定和霍尔果斯皆处于新疆地区，在九大气象区域中处于西北地区，所以在本设计中以第IV气象区来选择。3 设备选择及设计计算3.1 主要设备选用(1) 接触线接触线是接触网中主要的组成部分，接触线的材质、工艺及性能对接触网起着重要作用，要求它具有较小的电阻率、较大的导电能力；要有良好的抗磨损性能，具
18、有较长的使用寿命；要有高强度的机械性，具有较强的抗张能力。对接触线的主要的技术要求： 抗拉强度高为了提高接触线的波动速度，因此需要相应提高接触线的张力，要求抗张强度在500N/mm左右，同时还要注意线密度要低。 电阻系数低一般工作温度20时电阻率应在0.017680.0200范围内以适应流经大电流的需要。 耐热性能好接触网一般都具有列车运行速度高、密度大、持续时间长的特点，接触线流经大电流，会引起导线发热，所以接触线的材质应具有较好的耐热性能，一般要求软化点在300摄氏度以上，以适应较高的载流量。 耐磨性能好接触线和受电弓是滑动接触的，接触压力大，速度高，要求接触线具有良好的耐磨性能，同时注意
19、其抗腐蚀性能，尽量延长接触线的使用寿命。 制造长度长一般要求在一个锚段内不允许有接头，这就要求接触线的制造长度在18002000m，以适应锚段长度的需要2。随着电气化铁路的大幅度提速和高速电气化铁路的建设，我国研制出CTHA-110型CTHB-120型银铜合金接触线，如表3.1所示，为我国接触网的发展奠定了良好的基础。表3.1 银铜合金线参数型号断面尺寸拉断力20度电阻值载流量单位重量CTHCTHA-110A=12.34B=12.3441.60.17777000.993CTHB-120A=12.79B=13.2442.00.17867501.071在此选择CTHA-110作为接触线的材料，因为
20、它的单位重量和电阻值均小于CTHB-120，优良性能更好。(2) 承力索对于承力索，选择铜合金承力索THJ-120，因为铜承力索导电性能良好，可做牵引电流的通道之一，和接触线并联供电时，可降低压损和能耗，且抗腐蚀性能很高。银铜接触线和承力索的参数如下表3.2所示。表3.2 线索参数表线形标称截面(mm2)计算截面(mm2)材质单位质量(kg/m)计算直径(mm)张力(kN)线索密度(kg/m3)线胀系数(1/oC)弹性系数(MPa)接触线120121AgCu1.08212.9158.941031710-6124000承力索150147.11Cu1.37713.7158.891031710-61
21、24000(3) 腕臂：选型号，长度为2750mm，质量为11kg，外径48mm；(4) 拉杆：选16型号，长度为1600mm，质量为2.79kg；(5) 定位管：选型号，长度为700mm，质量为1.12kg，直径21.25mm；(6) 定位器：选型号，长度为960mm，质量为1.51kg，套管外径21.25mm。3.2 接触悬挂类型及相关参数的选择(1) 悬挂类型的选择根据我国采用动力集中式的特点以及从技术和经济方面的考虑，水定至霍尔果斯区间接触网设计悬挂类型选用简单链形悬挂。(2) 补偿形式的选择考虑到新疆伊犁昼夜温差较大，且由于接触悬挂是露天装置，大气温度对他将产生很大的影响。在温度变化
22、时，线性伸长影响张力的变化，为保证接触线和承力索的张力恒定，本设计采用全补偿形式的接触悬挂。(3) 吊弦的选择整体吊弦具有机械强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长、施工安装方便等优点，所以在跨中采用整体吊弦。但由于在悬挂点处弹性较差，链形悬挂在定位点处采用变Y形弹性吊弦。(4) 锚段关节在区间内均采用三跨非绝缘锚段关节，在区间与车站衔接处采用五跨绝缘锚段关节。(5) 中心锚结在水定至霍尔果斯的区间内，地势由南向北略有升高，为了防止断线和蹿动，以缩小事故范围，需在锚段中部加设全补偿中心锚结，设置中心锚结时，在直线区段，设置在锚段的中间部位，含有曲线时，中心锚结靠向曲线较多的部位。3.3 负载计算(1
23、) 自重负载 接触线单位长度的自重负载：式中，接触线单位长度的自重负载(kN/m)；接触线的横截面积(mm2)；所求线索的密度(kg/m3)；自由落体重力加速度9.81m/s2。 承力索单位长度的自重负载：式中，承力索单位长度的自重负载(kN/m)；承力索的横截面积(mm2)。(2) 冰负载 接触线单位长度的冰负载：式中，接触线单位长度的冰负载(kN/m)；覆冰厚度(mm)，由表2.1得b=5mm；接触线直径(mm)；覆冰密度(kg/m3)。 承力索单位长度的冰负载：式中，承力索单位长度的冰负载(kN/m)；承力索直径(mm)。(3) 风负载 最大风速时接触线单位长度的风负载：式中，最大风速时
24、接触线单位长度的风负载(kN/m)；风速不均匀系数，如表3.3所示；风负载体型系数，如表3.3所示；最大风速(m/s)。表3.3 风速不均匀系数计算风速(m/s)20以下2030303535以上10.850.750.7表3.4 风负载体型系数受风件特性风负载体型系数K圆形钢筋混凝土支柱0.6矩形钢筋混凝土支柱1.4链型悬挂1.25一般悬挂d1800150150（直线）300200此次设计，在直线区段取拉出值为，在曲线区段参考上表，的曲线区段拉出值取250mm，的曲线区段拉出值取150mm。在区间上相邻两个支柱处的拉出值方向相反。4.5 确定支柱类型在水定至霍尔果斯区间，在锚段关节处采用锚柱以及
25、转换柱，在中心锚结两侧采用锚柱，在桥上采用钢柱，其余均采用中间柱。本设计所用支柱类型为：钢支柱：；锚柱：H60；转换柱：；中间柱：H60。4.6 表格栏及相关说明在接触网平面设计图上，除了上述的沿线路的支柱布置外，在图的下方设有表格栏。在表格栏内应明确标示出施工工程所需要的各种原始数据、技术参数、所用设备的规格类型及其安装图号等。具体内容如下所述。(1) 侧面限界侧面限界是要确定支柱的横向位置，实际上是在跨距已确定的情况下，确定支柱的绝对坐标。目前在设计中，由接触网支柱内缘至线路中心线的距离，习惯上被称为“支柱侧面限界”，用符号CX表示。(2) 支柱类型在支柱类型栏内要标明每一个支柱的材质、型
26、号、容量、高度及数量。支柱类型的选择是根据最低温度、最大覆冰以及最大风速三种情况计算的，取三种计算结果的最大弯矩值，即选取其中最严重的情况作为选择支柱容量的依据。(3) 地质情况在接触网设计的平面图要清楚的标明沿线路的地质情况。因为支柱埋设地点、基础的稳固程度与地质情况有密切关系，不同的地质情况表明其承压力不同。土壤的承压力有以下两种表示方法： 允许承压力R土壤的允许承压力，表示土壤基本力学性质，也就是土壤承载能力的大小。如，其中负号“”表示该区段挖方，正号“”表示填方。 安息角土壤的安息角是表示砂性土的自然坡度角，在接触网下部工程中，也常用安息角表示地质条件。因而，允许承压力和安息角二者均可
27、以表示（有时候混合使用）土壤承受外界负载的能力。它们的对应关系如表4.2所示。表4.2 承压力R与安息角对应表允许承压力R(kPa)100151200250300安息角()172030354040以上(4) 接触网的高度在接触网平面图表格栏内或者在图注内部标有接触线高度，或对接触线高度的附加说明。接触线高度是接触网设计的重要技术参数之一，它对于工程投资及投产后的运营效果都有重要影响。(5) 基础（横卧板）类型在使用钢筋混凝土支柱时，为了增大支柱地面以下部分与土体的接触面积，提高土体对支柱的抗倾覆能力，使支柱具有良好的稳定性，因此根据支柱容量和地质与线路情况加设横卧板。横卧板的类型分为I型及II
28、型。I型为60080080，孔距为310mm，孔径为35mm；II型为6001000100，孔距为410mm，孔径为35mm。4.7 安装图号接触网支柱装配是一项十分复杂和细致的工作，使用构件稍有不同，将不能满足技术要求，甚至在运营阶段会出事故。为避免类似的认为故障，一般各设计单位都根据支柱工作状态的要求，绘制各类支柱装配定型图，每一张装配图都有相应的图号。为便于施工参考及进行工程数量统计，在接触网平面示意图中都标有相应支柱装配图的图号。4.8 水定至霍尔果斯区间接触网设备装配图说明4.8.1 水定至霍尔果斯区间接触网平面设计图说明水定至霍尔果斯区间接触网平面设计图如附图A.1所示。区间接触网
29、平面设计图为此次设计的首要目标，是整个区间内接触网导线走向和布置的指导性图纸，同时也是施工单位进行接触网架设施工的主要依据，不仅关系到工程的成功与否，也关系到电气化铁路的安全稳定运营，意义重大。平面设计图中主要包括支柱号、跨距、拉出值、下锚位置、锚段长度等接触网施工的必须参数，还有相应的表格栏（侧面限界、支柱型号、地质情况、基础类型和各设备的安装图号等）。(1) 悬挂类型及张力：全补偿链形悬挂；接触线与承力索：CTHA-110和THJ-120；张力：15kN+15kN。(2) 接触导线高度为6000mm。4.8.2 下锚支柱装配图说明下锚支柱装配图如附图B.1所示。(1) 本图适用于下锚支柱的
30、装配。(2) 尺寸除注明外，均以毫米计。(3) 安装图号示例：CX =2.95m下锚支柱的安装。4.8.3 直线绝缘转换柱装配图说明直线绝缘转换柱装配图如附图B.2所示。(1) 本图适用于支柱直线处双重绝缘关节转换柱的装配。(2) 水平腕臂及定位管安装完毕后，端部分别留150mm及100mm余量，其余部分截掉。(3) 安装定位支撑时，安装角度30a60。(4) 安装图号示例：CX=2.95m直线绝缘转换柱安装。4.8.4 直线非绝缘转换柱装配图说明直线非绝缘转换柱装配图如附图B.3所示。(1) 本图适用于支柱直线处非绝缘转换柱的安装。(2) 水平腕臂及定位管安装完毕后，端部分别留150mm及1
31、00mm余量，其余部分截掉。(3) 安装定位支撑时，安装角度30a60。(4) 安装图号示例：CX=2.95m直线非绝缘转换柱安装。4.8.5 直线中间立柱正、反定位装配图说明直线中间柱正、反定位7装配图如附图B.4所示。(1) 本图适用于支柱在直线处中间立柱正、反定位的装配。(2) 水平腕臂及定位管安装完毕后，端部分别留150mm及100mm余量，其余部分截掉。(3) 安装定位支撑时，安装角度30a60。(4) 本图安装采用的支柱高度为8.2m。(5) 尺寸除注明外，均以毫米计。(6) 安装图号示例：CX =2.95m直线中间立柱正、反定位安装。(7) 图中虚线部分为反定位。4.8.6 曲线
32、外侧中间柱装配图说明曲线外侧中间柱定位装配图如附图B.5所示。(1) 本图适用于支柱在曲线外侧处中间立柱定位的安装。(2) 水平腕臂及定位管安装完毕后，端部分别留150mm及100mm余量，其余部分截掉。(3) 安装定位支撑时，安装角度30a60。(4) 本图安装采用的支柱高度为8.2m。(5) 尺寸除注明外，均以毫米计。(6) 安装图号示例：CX =2.6m曲线外侧处中间柱定位安装。4.8.7 回流线下锚装配图说明回流线下锚装配图如附图B.6所示。(1) 本图为回流线下锚安装。(2) 当回流线采用LBGLJ-185时，零件10改用JBY-185型并沟线夹，零件9改用NLD-4型号的耐张线夹。
33、(3) 当采用G13、G15钢柱时则去掉拉线。(4) 尺寸除注明外，均以毫米计。4.8.8 回流线腕臂柱肩架装配图说明回流线腕臂柱肩架装配图如附图B.7所示。(1) 本图适用直线处回流线安装。(2) 当回流线采用LBGLJ-185时，零件7改用JBY-185型并沟线夹。结 论本设计参考了中华人民共和国行业标准、接触网行业零部件、电气化铁路接触网等接触网的文献，通过了解水定至霍尔果斯区间概况，按照区间接触网设计步骤，进行了相关计算，并完成了水定至霍尔果斯区间接触网平面设计。(1) 通过对线路初始资料的分析，获得了基本气象资料，并根据高速接触网的设计要求，确定了本设计的悬挂类型及相关参数，选出了各
34、种设备及材料。在此基础上对实际最大跨距和锚段长度进行了计算，根据计算出的最大跨距、锚段长度及接触网设计规范对区间接触网进行设计，情况特殊时做出了适当调整。(2) 本设计结合水定至霍尔果斯区间实际，按照放图、支柱布置、锚段划分、接触线拉出值确定、支柱类型确定、支柱的校验等步骤进行了区间接触网的设计，并绘制了满足高速电气化铁路要求的水定至霍尔果斯区间接触网平面设计图。(3) 在设计的过程中，对特殊区域的接触网有关参数诸如最大跨距、支柱容量等进行了校验，使得设计更为合理，提高了设计的可行性。在本次设计中所存在的问题：在设计过程中，由于没有进行现场勘测，在确定气象条件和地质条件的过程中还存在欠缺，在实
35、际工程应用和现场方面可能存在欠缺。致 谢参考文献1 于万聚.高速电气化铁路接触网M.成都:西南交通大学出版社,2009:8-152.2 中华人民共和国行业标准TB10009-2005/J4522005,铁路电力牵引供电设计规范S.北京:中国铁道出版社,2005:54-70.3 中国铁路工程总公司教卫处.接触网工M.北京:中国铁道出版社,1999:74-86.4 吉鹏霄.接触网M.北京:化学工业出版社,2006:34-39.5 铁道部电气化工程局.接触网设计工程手册M.北京:中国铁道出版社,1995:16-22.6 于万聚.电气化铁路接触网CAD系统M.北京:中国铁道出版社,1997:20-26.7 张道俊,陶维富.接触网运营检修与管理M.北京:中国铁道出版社,2006:148-171. 8 吴积钦.列车提速与弓网关系D.成都:西南交通大学,2006:56-61.附图A 水定至霍尔果斯区间接触网平面图附图B 水定至霍尔果斯区间接触网设备装配图