《轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的生产现状及发展趋向.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的生产现状及发展趋向.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1999年第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的生产现状及发展趋向黄崇祺(上海电缆研究所,上海200093)摘要:根据轮轨高速电气化铁路接触网用接触线(电车线)的要求,结合我国目前接触线的生产现状,研讨了接触线研究、开发的可能性,并建议跨行业进行论证和协调,以加速高速、准高速接触网用接触线国产化的进程。关键词:轮轨高速电气化铁路;接触线;现状;发展趋向;选型;国产化;研讨中图分类号:TM 244.3文献标识码:A收稿日期:199926216作者简介:黄崇祺(1934-),男,江苏常熟市人,中
2、国工程院院士,原上海电缆研究所副总工程师1前言中国经济发展的地区趋向于北上西移,高速铁路将起到很大的作用。目前,全世界的铁路约有160万公里,但已开通的高速铁路只有4000多公里,正处于发展时期。发展高速铁路,可与轮轨高速电气化列车相竞争的是高速磁悬浮列车,但在1015年内无论是常导的或低温超导的,甚至高温超导的高速磁悬浮列车都不会在中国商业化。德国虽有建高速磁悬浮线路的计划,但一直没有启动,尚在争论之中;日本有高速磁悬浮线路的试验段,但是否新建尚待试验完成后再作评估。目前我国的“广-深线”租赁瑞典的摆式列车,最高时速200 km(属准高速),接触网用的是德国产120 mm2银铜接触线;磁悬浮
3、列车尚在试验阶段,轮轨高速电气化铁路还未启动,但前期工作已在进行。在“京-沪线”这条黄金通道上建立轮轨高速电气化铁路(全长1300 km)既需要又迫切,它将是中国高速铁路零的突破和示范工程,预计于2000年开始动工。它与三峡工程、南水北调工程列为我国三个跨世纪工程项目,耗资将达1000亿级元人民币。随着电气化列车向高速、重载的发展,对接触线的材质及其品种提出了更高的要求,也推动了接触线的发展。目前高速电气化铁路,在我国建设在即,准高速电气化铁路也将会有较大的发展,显然接触线有着较大的国内外市场,因此我国的接触线如何开发、选型和国产化,受到了使用、设计、研究和生产单位的密切关注。中国是一个大国,
4、高速和准高速电气化铁路用的接触线,不能长期、大量的仰仗进口,必须从速地高起点、高质量(高速列车、安全第一)的国产化,并能出口。所谓高速铁路,其时速是200 km以上。“京-沪线”高速铁路按设计要求初定的速度目标值为350 km?h,但近期按300 km?h实施行车,这速度也是国际高速电气化铁路的发展趋向。电气化铁路接触网用线主要有接触线、载流承力索、不载流承力索和吊弦(线)等几种。本文仅对接触线进行研讨,另外的接触网用线再作别论。2接触网用接触线的发展趋向为实现电气化列车的高速化,必须在受电弓沿接触线高速滑行的过程中达到稳定的受流状态。根据国外高速电气化列车实际的 1995-2005 Tsin
5、ghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.运行经验,当列车的运行速度在波动传播速度的70%以下时,可以达到稳定的受流状态。电力机车受电弓沿接触线高速滑动时,引起接触线上、下振动的横波,其波动传播速度Vc与接触线的架线张力和线密度单位长度的重量有关,即Vc=3.6T式中Vc接触线的波动传播速度(km?h);T接触线的架线张力(N);接触线的线密度(kg?m)。因此随着列车运行速度的提高,必须增加接触线的架线张力或者降低线密度。接触线允许使用的架线张力与接触线的拉断力(抗拉强度面积)有关,若籍增加接触线的面积,以增加拉断力,但不能
6、降低 值行车速度与波动传播速度之比;再考虑接触线允许的磨耗和安全系数等因素,实质上是必须提高接触线的抗拉强度。线密度与接触线的密度和面积有关,同种材质、面积增加,线密度也增加。铜、钢和铝的密度分别为8.89、7.78和2.70 g?cm3,因此,籍不同材质或调节不同材质的面积比构成复合型接触线有望提高抗拉强度或降低线密度。由于列车速度的提高,尤其在受电弓通过定位点、分相、接头及接触线高度变化处时,易形成离线而产生电弧,使接触线温度升高、机械强度下降,电烧蚀损耗和机械磨耗增加,因而要求提高接触线的耐高温性能、耐磨性能及其平直度。电气化列车要具有高速和重载的能力,接触线必须提高载流能力。接触线的载
7、流量与线的电导率、截面积、环境条件和最高工作温度有关。它也直接影响接触网在长期使用条件下接触线的抗拉强度,疲劳性能和蠕变性能。提高接触线的电导率和增加截面均可增加载流量,但对金属而言,铜、铜合金、铝和钢的电导率是依次下降的,而且往往电导率和抗拉强度是相互矛盾的,只有复合金属接触线可调整两种金属的面积比而在一定范围内可调节它的强度和电导率。接触线截面的增加,也增加了整个接触网的重量,因此在接触网的设计从机械和电气角度考虑,还存在着“最佳接触线截面”的选择问题,一旦“最佳截面”选定后,不管是否符合现行接触线标准中的截面等级规范,但从制造上看是不会有太大的问题。综上所述,根据高速电气化列车对接触线的
8、要求(见表1),高速接触网用接触线的材质及其品种繁多,并处于试验和试用阶段,但向铜合金化和复合金属化发展已成为世界接触线发展的总趋向。综观对它们评价的主要指标体现在:常温抗拉强度、比强(抗拉强度与线密度之比)、高温抗拉强度、电导率、线密度、载流量和 值。3我国的接触线选型与国产化3.1对“京-沪”轮轨高速电气化铁路用接触线可行性研究的倾向性意见的研讨在“京-沪”轮轨高速电气化铁路的可行性研究1中,对接触网用接触线已初步提出了以下倾向性的意见(表2)是值得研讨的,因为它将直接关系到高速接触网设计的质量,接触线研究开发、国产化的方向以及制造厂的投入和经济效益。根据表2的要求,对照表1和国内接触线生
9、产的现状,无疑这要求是相当高的,它可作为我国接触线研究和生产的参考和努力方向。但面对这些具体要求,从接触线选型和国产化角度出发必须探讨它的技术可能性。(1)抗拉强度和电导率往往是矛盾的,强度越高,电导率越低,接触线也越硬,给制造和架线带来较多的不适应性。抗拉强度要在600M Pa以上,电导率又要在80%I ACS以上,如表1所示,目前的银铜类、锡铜、镁铜、铬锆铜、铝包钢和铜包钢接触线均达不到上述要求,需进一步研讨。31999年第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999 1995-2005 Tsinghua Tongfang Op
10、tical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.表1高速电气化铁路接触网用接触线的性能、设计参数和可能的选择运行速度?(km?h)240300250140180200-350国别日法德京郑线(中)环行线(中)中中法类型及截面?mm2铜?170铜?150银铜?120银铜?120(CTHA)锡银铜?120(CTHB)锡银铜?120(CTHC)锡铜?120(CTHD)锡铜?120接触线性能:温度100时抗拉强度?M Pa340358395365367.5375.8360.8537.5拉断力?kN57.8253.747.443.844.145.143.364.5高温抗拉强
11、度?M Pa150332.4350395365367.5354.6340.7407.1300212.9224.2377348.2351.0338.3325.0483.8电导率(%I ACS)97.097.096.596.690.085.07077.6150载流量?A-700700680670620-线密度?(kg?m)1.511.331.071.0731.0731.0821.0821.07设计参数:接触线架线张力?kN14.720151515-24波动传播速度?(km?h)355441426359359-539 值0.6760.680.5870.390.56-0.65运行速度?(km?h)27
12、0-330100370?340300300国别法日德中日日日类型及截面?mm2镉铜?120铬锆铜?110(PHC)镁铜?120钢铝?250(CGLN)钢铝?196(TA)钢铜?110(GT2CS)钢铜?110(GT2CSD)接触线性能:温度100时抗拉强度?M Pa-555.5503216350655493拉断力?kN-61.160.45468.673.254.3高温抗拉强度?M Pa150-503-655450300-465203.2-608373电导率(%I ACS)-78.868.146.346.560.281.1150载流量?A-线密度?(kg?m)1.070.981.080.9940
13、.7580.9420.957设计参数:接触线架线张力?kN14-272015?202020波动传播速度?(km?h)412-569511496?573525520 值0.655-0.580.200.75?0.590.570.577注:=行车速度?波动传播速度 目前运行速度GT-CS型结构:铜为61.6 mm2,钢为50.0 mm2。GT-CSD型结构:铜为85.9 mm2,钢为24.3 mm2。41999年第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc
14、 Co.,Ltd.All rights reserved.表2对京-沪高速接触线要求的初步倾向性意见1要求项目要求参数架线张力?kN2530线密度?(kg?m)1.11.2常温抗拉强度?M Pa600700拉断力?kN7085电导率(%I ACS)8095高温抗拉强度下降率(%)10.0耐磨和耐腐蚀性与铜接触线相当注:设计计算假设条件:(1)安全系数为2.2;(2)张力差为10%;(3)线截面为120 mm2(2)接触线的允许最高工作温度,在高速接触网设计中有着重要的作用,但在要求中没有明确的指标,它直接关系到线的载流量、截面、经济电流密度、高温抗拉强度、耐磨性、蠕变性能和耐疲劳性能。如果允许
15、最高工作温度以300C衡量,那末高温抗拉强度下降率不低于10%也是需要努力的。甚至当接触网在晚上看起来像一条“火龙”那样运行时,这些要求就更值得进一步研讨。(3)按要求的线密度1.11.2 kg?m推算,对铜及铜合金接触线而言,其最大截面可达135 mm2,对铝包钢、铜包钢接触线截面还可放得更大。如果放大后的截面在接触网设计中认为是有技术经济效果的话,那末,从制造厂而言也是可行的。(4)一般而言,材质抗拉强度(高温抗拉强度)高而不脆,其耐磨性能和疲劳性能也高。如上所列,各种铜合金和复合金属接触线,其耐磨性能应不低于铜接触线。接触线耐腐蚀状况与架线的环境条件密切相关。通常,纯金属的耐腐性能要比合
16、金和复合金属的好,而且复合金属还存在着不同金属相接触的电化腐蚀问题,因此,在接触网设计中应根据不同的条件,选用合适的接触线,对特殊的环境,如我国大西南地区山洞中架设的接触线等,应作特殊的选线处理。3.2高速、准高速接触网用接触线选型和国产化的研讨随着电气化列车速度的提高,在设计开发高速接触网的同时,在铜合金和复合金属型接触线中不断研究开发了新的接触线,但对高速接触网用的接触线而言国外也尚属试验和试用阶段,只是比我国先走了一步。我国应根据国外和自己的实践经验,以高速接触线的基本要求和以京-沪高速铁路为目标,结合我国接触线制造厂的可能条件进行研究开发和生产。中国之大、地理和气候条件不一,看来只开发
17、一种高速和准高速用的接触线以覆盖全国是不太现实的,但开发太多,也可能会影响投资效益。(1)铜合金型接触线1)银铜合金类接触线包括银铜和锡银铜。银铜材质的梯形铜排,电缆行业早有生产的经验。我国现已生产和标准化(铁道系统行业标准)的银铜和锡银铜接触线,按其性能已和德国产银铜接触线相当,但在接触线的平直度上尚需稍作改进提高,以降低受电弓和接触线的离线率。这类线,根据德国在Re2250型接触网中使用时速可达250 km。2)锡铜合金接触线日本早先在铁路中也采用银铜接触线,后采用含约0.3%锡的锡铜接触线。我国已列入行业标准的锡铜接触线,抗拉强度接近银铜接触线,但电导率稍低(70%I ACS),据接触网
18、工程设计的具体要求,也许可用于时速在200 km以下的接触网中。现在法国在时速为300350 km的接触网中研制和试用的锡铜2120接触线,常温抗拉强度和电导率分别可达537.5 M Pa和77.6%I ACS,如果文献1的数据来源属实,那对锡铜接触线是一个新的发展,对照我国目前的锡铜2120接触线,其抗拉强度和电导率分别为360.8M Pa和70%I ACS,从材质提高的可能性上看,要达法国的水平,既要大幅度提高强度,又要保持、甚至提高电导率,恐怕要添加第二,甚至第三元素才行,这需要我们去进一步的研究开发。3)铬锆铜合金接触线日本开发的PHC2110接触线,抗拉强度和电导率分别可51999年
19、第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.达555.5 M Pa和78.8%I ACS,其线密度为0.98 kg?m也比较低,但这种合金属析出强化型的材质,在生产中必须进行热处理才行。将铬锆铜合金做成部件,在国内外的合金厂中已生产和应用,但在我国电线电缆厂中要做成大长度的接触线,实现大规模的生产,还缺少此类大型的热处理和熔炼设备,热、冷加工工艺,特别大规模连续生产的热加工工艺尚需摸索。4)镉
20、铜合金接触线镉铜有比较高的抗拉强度和电导率,但在生产中因镉有毒,危害人体,因此在环保和劳保还没有妥然解决的条件下,是难于实现大规模生产的。5)镁铜合金接触线目前的抗拉强度和电导率可分别达到503M Pa和68.1%I2ACS。如果要进一步提高强度,保持或提高电导率,看来还需添加第二甚至第三元素才行。另外,镁在制作镁铜合金的大规模生产中是难于连续稳定控制的元素,这些都需我们去研究和开发。德国在开发时速达330 km的Re2330型接触网中研制的镁铜2120接触线已进入试运行阶段,并取得了预期的效果。(2)复合金属接触线1)铝包钢接触线我国通过改型生产的CGLN2250铝包钢接触线有较多的生产和使
21、用经验。继中国之后日本也研制和试用了TA2196铝包钢接触线。根据高速接触网用接触线的要求,这两种铝包钢接触线,抗拉强度和电导率都比较低(表1),分别可以达到216M Pa、350M Pa和46.3%I ACS、46.5%I ACS,但它们的拉断力不低,分别为54 kN和68.6 kN,其线密度也较低。从表1可以看出,日本的TA2196和我国的CGLN2250相比,两者电导率相当,但前者抗拉强度和拉断力都比较高,线密度也低,显然在TA2196铝包钢接触线中组成材料之一的钢,其抗拉强度有了改进及提高。因此,铝包钢接触线在准高速、高速接触网中的应用前景,似乎应在保持或稍加提高接触线拉断力的条件下,
22、尽量提高电导率。从电导率着眼,铜总比铝好,它们分别为97%I ACS和61%I ACS,所以在控制同样拉断力的条件下,铜包钢接触线要比铝包钢接触线的电导率容易提高,而且可以高得多。2)铜 包 钢 接 触 线GT2CS2110和GT2CSD2110铜包钢接触线是由日本采用浸涂法研究开发的新产品,拟在时速为300 km的高速接触网中使用,目前已进入试运行阶段,并达到了预期的效果。这两种线通过调整铜、钢面积之比,以获得不同的强度和电导率供工程设计选择和试用。前者的抗拉强度和电导率分别为655 M Pa和60.2%I ACS,后者则分别为493M Pa和81.1%I ACS。用浸涂法制造无氧铜杆,我国
23、有引进设备和正常的生产规范,如果生产允许和投资效果明显,扩大研究开发铜包钢接触是有基础的,至于用浸涂法制造铜包钢杆和线,我国也有一定的实践,问题尚需准对铜包钢接触线进行设备改造、工艺改进和产品开发。4结论(1)高速、准高速接触网用接触线从技术、国产化的可能性和现实性分析,应研究开发镁铜合金、锡铜合金和铜包钢接触线。并应给予铝包钢接触线在时速高于100 km的线段上进行试运行,以取得经验。(2)应及时组织机械制造和铁道系统的研究、设计和制造单位的专家进行技术论证和工作协调,做好高速接触网用接触线研究开发的前期工作,为国产化统一和明确方向,以赶上京-沪轮轨高速电气化铁路对国产接触线的需要。(3)对
24、现有的银铜类合金接触线应改善它的平直度,降低离线率,使质量达到国外同类先进产品的水平。61999年第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.参 考 文 献1刘宝琨.高速铁路牵引供电技术研究高速接触网接触线的选择M.中国铁道出版社2张强.中、高速电气化铁路接触线的选择R.铁科院机辆所3我国高速电气化铁路接触线与承力索的研制J.电气化铁道.1997,(2):9144高速列车对应架线材料设备的现状
25、J.(日)铁道与电气技术,1997(4),Vol.8,No4.32355ALCATEL公司有关资料Z.6德国接触网发展现状J.电气化铁道,1997(2):19267赵永清摘择.日本高速铁路摘要Z.电化院8GB12971.3-91.电力牵引用接触线国家标准.钢、铝复合接触线S.9TB?T 2820-1997.铜合金接触线(铁道行业标准)S.1999年第6期No.61999电 线 电 缆ElectricW ire&Cable1999年12月Dec.,1999矿物绝缘电缆在建筑物电气规范中的地位邢本仁(上海电缆研究所,上海200093)摘要:本文介绍了矿物绝缘电缆在国外建筑物中应用的有关标准及规定。
26、关键词:建筑工程用电线电缆;矿物绝缘;防火电缆;建筑物电气规范 选用规定中图分类号:TM 249.9文献标识码:C1前言对我国乃至世界各国,由于电气原因引发的火灾占据全部火灾的相当大部分(约占1?3左右),而电气火灾中由电缆引起的也相当多,有资料介绍国外电缆火灾约占全部火灾总数的10%左右,国内电缆火灾约占全部火灾总数的30%左右。矿 物 绝 缘 电 缆(M ineralInsulatedCable)国内俗称防火电缆氧化镁绝缘电缆,国外也简称为M I电缆。它的耐火、防火、防爆特性及安全性是任何其他有机绝缘电缆所无法相比的。由于矿物绝缘电缆的仅是由矿物材料氧化镁和金属铜所组成,所以不会引发火灾,
27、更不会传播火焰。由于均是无机材料,不存在老化;在周围着火的情况下,不会放出烟雾、卤素,以及任何有害、有毒的气体;而且在火灾收稿日期:199924212作者简介:邢本仁(1935-),男,辽宁丹东人,高级工程师的情况下可以继续使用。由于矿物绝缘电缆的独特制造方式,使绝缘材料氧化镁粉在电缆无缝的铜护套中是高度紧密压实的,这就阻碍了火焰、气体或蒸汽在电缆中通过,同时也使电缆具有很强的耐机械损伤的能力。氧化镁的熔点高达2800,铜的熔点1083,即只要不达到铜的熔化温度,电缆就不会破坏,其长期使用温度为250。综上所述可知:矿物绝缘电缆特点适合建筑物中安全要求特高、消防系统等要害部位以及各种条件恶劣的危险区域中使用。一些发达国家对哪些场合和部位一定或推荐使用矿物绝缘电缆,均在国家建筑物电气规范和标准中明确规定。国内因矿物绝缘电缆生产的时间还不太长,很多标准和规范的制定工作还未跟上来,至今尚未有国家标准和规范对此有所规定,有待今后加强。以下 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.