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兰州交通大学毕业设计（论文）

摘 要

随着在电气化铁路运行速度的日益提高，对于高速电气化铁路接触网的设计也提出更高的要求。

在电气化铁路及接触网分析的基础上，以接触网设计的技术原理为核心，对接触网设计的主要原则及设计程序进行了阐述，并对接触网的设计计算、设备选型及校验进行了论述。根据武威车站实际的气象和线路资料，对最大跨距、全补偿链型悬挂的锚段长度和安装曲线、导线张力和弛度、软横跨的预制各项参数进行了计算，对不同型号的支柱、腕臂及拉杆、定位器和定位管进行了选择，进行了相关技术参数的校验并做相应的调整和工程数量统计。同时，考虑到站场这一特殊的铁路组成部分，所以在设计满足技术、经济要求的同时要兼顾车站的整齐、美观和行人、货运的便捷、安全。

通过计算和分析，对武威车站进行了接触网平面设计，并对设计结果进行了校验。用CAD绘制了武威车站接触网平面设计图，该平面设计符合高速铁路接触网的设计规范和要求。

关键词：电气化铁路；车站；接触网设计

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Abstract

With the improvement of the speed for electrified railway, more higher requirements are proposed for high-speed electrified railway in our country.

On the basis of an introduction of electrified railway and the analysis of overhead contact line equipment, and based on the fundamental technical theories of overhead contact line equipment, the paper elaborates the main principles and design procedures of overhead contact line equipment design and and process for graphic design of contact line, and discusses the design, equipment selection and calibration in detail. On the basis of principle described, according to the weather and line information of Wuwei station, Calculated on many parameters,such as the maximum span, anchor length and install curve of full Compensation in chain suspension, wire tension and relaxation, the pre-calculation of soft across and selected the different types of pillars, wrist and arm bar,positioning and location pipe. Related technical parameters are checked and make corresponding adjustments and statistical quantities. At the same time, considering the station being the special component of the railway, the design meets the technical and economic requirements, combines neat and beauty of the station with the security and convenience of pedestrians and cargo taken into account at the same time. Finally the station’s layout plan of overhead contact system is drawn by the design.

Through calculation and analysis, the graphic design for overhead contact line equipment of Wuwei station is made, and then the design results are validated. In the end the graphic design plans for overhead contact line equipment of Wuwei station is drawn with CAD software. The graphic design are suitable for the design specifications and requirements of the high-speed railway contact system.

Key words：Electrified railway，Station，Overhead contact line equipment desigh

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目 录

摘 要 ..................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1

1.1 课题背景与意义 ......................................................................................................... 1

1.1.1 我国电气化铁路接触网的发展过程 .............................................................. 1 1.1.2 国外电气化铁路接触网的发展情况 .............................................................. 1 1.1.3 研究的意义 ...................................................................................................... 2 1.2 课题研究现状 ............................................................................................................. 3 1.3 本课题的研究内容与目标 ......................................................................................... 3 2 车站接触网设计基本程序 .................................................................................................... 5

2.1 站场接触网的平面设计程序 ..................................................................................... 5 2.2 站场接触网平面设计的技术原则 ............................................................................. 6

2.2.1 平面设计的一般原则 ...................................................................................... 6 2.2.2 划分锚段 .......................................................................................................... 7 2.2.3 咽喉区放大图 ................................................................................................ 10 2.3 车站接触网平面设计步骤 ....................................................................................... 10

2.3.1 车站气象条件的确定 .................................................................................... 11 2.3.2 主要材质及型号的选择（接触线，承力索） ............................................ 13 2.3.3 支柱类型的选择 ............................................................................................ 16 2.3.4 拉出值的选择 ................................................................................................ 18 2.3.5 计算负载的确定 ............................................................................................ 19 2.3.6 全补偿链型悬挂安装曲线 ............................................................................ 22 2.3.7 软横跨的预制计算 ........................................................................................ 24

3 武威车站接触网平面设计 .................................................................................................. 26

3.1 武威车站概况 ........................................................................................................... 26

3.1.1 线路资料 ........................................................................................................ 26 3.1.2 气象资料 ........................................................................................................ 27 3.1.3 线型选择 ........................................................................................................ 27 3.1.4 腕臂、拉杆、定位管、定位器类型的选择 ................................................ 28 3.1.5 接触线高度和结构高度 ................................................................................ 31 3.2 设计计算 ................................................................................................................... 31

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3.2.1 负载计算 ........................................................................................................ 31 3.2.2 跨距许可长度的计算 .................................................................................... 33 3.2.3 全补偿链形悬挂锚段长度的计算 ................................................................ 35 3.2.4 全补偿链型悬挂安装曲线的计算 ................................................................ 37 3.2.5 悬挂导线的张力计算与驰度计算 ................................................................ 38 3.2.6 软横跨的预制计算 ........................................................................................ 39 3.3 高速电气化铁路接触网控制参数的计算 ............................................................... 46

3.3.1 波动速度的计算 ............................................................................................ 46 3.3.2 振动波的反射因数 ........................................................................................ 46 3.3.3 多普勒因数 .................................................................................................... 46 3.3.4 增强因数 ........................................................................................................ 47 3.4 支柱布置及调整 ....................................................................................................... 47

3.4.1 支柱布置原则 ................................................................................................ 47 3.4.2 布置步骤 ........................................................................................................ 47 3.4.3 支柱型号的选择 ............................................................................................ 49 3.5 下锚、锚段关节及中心锚结 ................................................................................... 49

3.5.1 各股道下锚及其锚段长度 ............................................................................ 49 3.5.2 设置锚段关节 ................................................................................................ 50 3.5.3 设置中心锚结 ................................................................................................ 50 3.6 绘制放大图 ............................................................................................................... 50 3.7 侧面限界 ................................................................................................................... 51 4 接触网的调整和工程数量统计 .......................................................................................... 52

4.1 特殊跨距的风偏移校验 ........................................................................................... 52 4.2 典型支柱容量的校验 ............................................................................................... 52

4.2.1 支柱负载的确定 ............................................................................................ 52 4.2.2 支柱容量的校验 ............................................................................................ 54 4.3 工程数量统计 ........................................................................................................... 57 结 论 .................................................................................................................................. 58 致 谢 .................................................................................................................................. 60 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 61 附录A 武威车站接触网平面设计图 .................................................................................... 62 附录B 武威车站接触网平面设计装配图 ............................................................................ 63

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1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 我国电气化铁路接触网的发展过程

我国电气化铁道接触网发展过程可分为以下几个阶段：

(1) 初期，我国接触网设计起点比较高，在供电制式上采用了25kV单相工频交流制，采用了直供和BT供电方式。接触网悬挂形式以简单悬挂为主，接触网支柱容量比较小。随着我国电气化铁路重点的转移，正线大多采用全补偿简单链形悬挂，支柱容量增加，线材和部分接触网零件防腐能力提高。

(2) 90年代初，京秦和大秦重载电气化铁路的建设是我国电气化的里程碑，在这些线上，采用了先进的AT供电方式，接触网以简单悬挂为主。重要零部件从瑞士、日本、法国、德国引进。开发研制出直径400mm高强度等径预应力混凝土支柱，接触网张力由传统的2.5kN提高到3.0kN，防腐能力有了显著提高，为我国高速重载指明了方向。

(3) 90年代中期至现在，这一阶段是我国电气化铁路发展最快的阶段，在接触网设计还是以简单链形为主，大量采用新技术新设备，为我国高速铁路建设打下了坚实的基础。特别值得一提的是：城市地铁、快轨和轻轨的出现，打破了25kV工频单相交流制一统天下的格局，出现了直流制和直流制电气化铁路。 1.1.2 国外电气化铁路接触网的发展情况

高速铁路从开始出现至今已经有50多年的历史，其中以日本、法国、德国的高速铁路技术最为突出。

(1) 国外高速铁路接触网动态检测管理

从国外的情况来看，德国、法国、意大利、日本等国都已在本国相应的基础设施检测单位建立了一套从检测、数据分析到养护维修辅助决策的管理体系，该管理体系的实施为及时发现接触网动态缺陷、研究弓网关系、优化接触网设计做出了重要贡献。

(2) 国外高速铁路接触网悬挂方式

国外高速接触网悬挂类型基本上可归为3类：即以日本为代表的复链形悬挂、以法国为代表的简单链形悬挂和以德国为代表的弹性链形悬挂。理论研究与各国的运营实践都表明：尽管上述3种悬挂类型在结构上存在着一定的差异，但可满足最高时速300km的运营要求。1964年10月，日本建成世界上第一条高速铁路。迄今，世界进入了高速铁路的快速发展时期。从先进国家接触网施工的情况和经验来看，国外高速铁路接触网施工专业化、机械化、标准化的程度越来越高。

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(3) 国外高速电气化铁路接触网的先进技术 ① 德国

在德国Re250和Re330高速新线和Re200电化改造的接触网施工中，承力索和接触线的新线初伸长均是在其额定张力下放置一段时间来克服的。德国高速铁路接触网检测车可以检测导线高度、拉出值、接触压力、导线接近、导线厚度、接触网弹性等相关项目。此接触网检测系统主要由两部分构成：一是动态接触压力检测系统，以运营时速对弓网进行动态性能检测；二是接触网光学检测系统，在不接触接触线的情况下对接触网进行静态检测，检测可以在低速或高速情况下进行。通过动态接触压力检测系统与接触网光学检测系统测量数据的比较，计算接触网弹性以及准确判断故障类型。

② 法国

法国最高时速200km的普通干线接触网，承力索为65mm2青铜线，接触线采用107mm2硬拉铜线，设计额定张力均为12kN。即接触线设计额定拉应力为112N/mm2。在这些普通干线电化改造时，法国采用接触线超拉1.25倍额定张力且持续时间72h的方法。此时超拉张力为15kN，即超拉应力约为140N/mm2。在第一条高速新线—东南线施工中，接触线超拉就采用的是上述方法。

③ 日本

日本在《电气设施设计施工标准》中规定：“正线以及与止线交叉的接触线和承力索要进行预张拉，除此以外的接触网也尽量施以预超拉”。日本对承力索、辅助承力索和接触线均进行超拉，以克服新线的初伸长。根据线材型号，额定张力等因素确定超拉张力和超拉时间。超拉采用架线车上的紧线装置，在接触线上串接张力计，对接触网的线材进行超拉[1]。 1.1.3 研究的意义

由受电弓高速滑行于接触网上的高速铁路将是世界各国铁路的发展趋势，发展高速铁路接触网是从我国国情出发的最现实的选择。高速铁路的社会成本远远低于公路和航空，它既能适应我国客流的特点，也能较好地解决了人们有限的支付能力与日益增长的旅行需求之间的矛盾；解决了日益增长的客流与有限的运输能力之间的矛盾。同时由于高速铁路具有速度快、运量大、安全性好、能耗低、占地少、污染少、属于公共交通系统的优点，在我国大力发展电气化铁路接触网是贯彻可持续发展战略的体现，而作为铁路重要的组成部分——接触网，必然有着它的研究价值与意义。

随着高新技术的发展，特别是计算机技术的应用，使电力机车和牵引供电装置的工作性能不断提高。低能耗，高效率，高速度的电力牵引已成为世界各国铁路发展趋势，是铁路现代化的标志。

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1.2 课题研究现状

接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路，是由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等几部分组成。由于接触网是高空露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术及新材料的应用。

适用于高速电气化铁路运行的接触网称为高速电气化铁路接触网或高速接触网。高速接触网在列车高速运行中对接触悬挂、接触网结构、基本参数、线材等都有特殊的要求和鲜明的技术特征[2]：

(1) 为保证接触线和承力索的恒定张力，通常采用全补偿悬挂结构；

(2) 吊弦采用整体式和轻型化，同时相应加大吊弦的密度，一般间距为8～12m； (3) 设置附加预弛度，保证高质量的受流效果；

锚段关节，一般采用五跨锚段关节作为电分段形式，转换点在跨中，可有效避免产生相应的硬点；

(1) 轻型定位器；

(2) 减小接触线坡度，其值不得大于3‰，一般控制在1.5‰至内； (3) 采用自动过分相装置，保证安全、可靠运行；

世界高速铁路的代表国家的高速铁路有了卓越的发展成就，如德国、法国等国家的高速列车最高运行速度已超过300km/h，试验最高速度：德国ICE在1988年达到407km/h，法国的TGV在1991年则创造了515km/h的高速记录。

我国电气化铁道经过几代人的努力现在运行速度达到准高速水平，同时不断采用新科技术、新型材料和先进计算机技术，研究适合中国实际的接触网类型，并提高设计、施工和运营管理水平，使我国电气化铁道的发展呈现蓬勃生机和无限活力。

1.3 本课题的研究内容与目标

接触网的平面设计（平面布置）是接触网设计的重要环节和重要组成部分，是施工工程的重要依据。本次设计主要完成了对武威车站的接触网平面设计，主要的设计内容如下：

(1) 确定接触悬挂类型和线型； (2) 支柱的位置、类型及数量； (3) 锚段的划分及走向；

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(4) 拉出值的大小及方向； (5) 支柱的侧面限界；

(6) 地质条件、基础及横卧板的设置情况； (7) 绘制接触网CAD图及咽喉区放大图； (8) 进行相关技术要求的参数校验； (9) 统计工程数量。

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2 车站接触网设计基本程序

2.1 站场接触网的平面设计程序

站场接触网的平面设计的依据是站场竣工平面图，除此之外还有其他桥、涵及隧道等图表。接触网平面设计的次序按下述步骤进行：

(1) 放图

站场的放图一般根据站场的大小，其比例取1:1000。放图包括下列主要内容： ① 全部电化股道（含远期电化股道）及与架设接触网； ② 道岔型号、类型、编号及其理论岔心的坐标； ③ 曲线起讫点、曲线半径及缓和曲线长度； ④ 桥梁名称、中心里程标、结构类型及总长度； ⑤ 隧道长度、起讫里程；

⑥ 涵管、平交道、地道、天桥、跨线桥、架空渡槽等中心坐标及宽度； ⑦ 站扬名称、中心里程标、站台范围及与架设接触网有关的建筑物； ⑧ 进站信号机的位置及里程标。 (2) 布置支柱

先布置咽喉区支柱，然后布置站中心，最后布置其余部分支柱包括两端咽喉道岔外侧的支柱。

(3) 划分锚段

确定锚段径路、起讫点与中心锚结位置，并绘出咽喉区放大图。 (4) 确定接触线拉出值

从咽喉区开始，依次确定出拉出值的大小与方向。 (5) 确定电分段、电分相及隔离开关的位置

根据站场线路的多少、站线与货线的可靠性及灵活性的要求，以及有无牵引变电所等综合考虑确定。

(6) 确定支柱类型

根据支柱所在位置、功用，确定钢柱、钢筋混凝土支柱以及软（硬）横跨柱、腕臂柱的类型、容量及编号。

(7) 选择基础及横卧板类型

根据支柱类型、容量及地质条件选择钢支柱的基础类型及确定钢筋混凝土支柱的横卧板类型及数量。

(8) 确定软（硬）横跨结点类型及支持结构

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对于软横跨结点类型要逐点确认，对于不是软横跨的悬挂点应选择支持装置及定位装置类型。

(9) 进行校验及校核

在完成上述工作以后，应选择相应的典型支柱及基础进行容量及稳定性校核，对缓和曲线及曲线区段部分选择特殊跨距进行风偏移校验。

2.2 站场接触网平面设计的技术原则

2.2.1 平面设计的一般原则

站场接触网的平面设计就是绘制站场接触网的平面布置图。它是一项非常复杂而细致的工作，特别对某些一等站、特等站等大站，显得更为重要。平面设计的优劣不仅涉及到接触网的运行质量、经济合理，还涉及到长期的发展规划。因而，在进行接触网平面设计时，应注意下述原则[3]：

(1) 选择硬横跨或软横跨

目前，在站场咽喉以内，一般使用绝缘软横跨或硬横跨，尽量不用双线路腕臂柱。因双线路腕臂都是接地的，在维修方面不如绝缘软横跨安全、方便。硬横跨在带电作业方面也会受到限制，但由于硬横跨较软横跨在某些方面具有更优越的性能，对于高速电气化线路应该首先选用硬横跨。

在站场中心区进行支柱布置时，其跨距应尽可能接近最大允许值，以减少支柱数量。特别是注意减少软横跨柱和钢柱等大型支柱的数量。

(2) 支柱布置

先从咽喉区开始设计正线上的道岔柱，道岔定位原则上应尽量采用标准定位。其标准定位最佳位置是两接触线的交点位于两内轨距745mm的中间位置，道岔柱与道岔理论岔心的距离见表3.2，由于受地形条件限制，道岔柱无法按标准定位设置时，或从经济性考虑，不能实现标准定位时，才采用非标准定位。此时，应使两接触线的交点位于道岔导曲线两线间距为500～700mm（两内轨距935～735mm）处的中间点的上方。

(3) 尽量使用最大计算跨距

接触网支柱布置，其跨距大小应根据悬挂类型、曲线半径、接触线最大风偏移值和运营经验综合考虑确定。在最大计算风速条件下，接触线距受电弓中心轨迹的最大水平偏移值，一般不得大于450mm。

设计中尽量采用标准跨距。常用标准跨距定为5的整倍数，即40、45、50、55、60、65m数种，最大允许跨距除在个别大站及特殊情况下，一般不超过67m。

(4) 站场上支柱布置应考虑各个站场的特点

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支柱设置要尽可能地照顾站场的远期发展，如果将来股道增多，则近期设立的支柱应考虑远期可资利用。对于远期铺设或预留的股道，如果土石方工程已做好，则软横跨支柱的容量及侧面限界，一般均应考虑预留。对于股道延长部分，当设立近期支柱时，以对今后整个支柱布置不产生影响为原则。

(5) 支柱设置要考虑站场美观

站场是客货集散地，在技术、经济合理的条件下，应注意美观；而对于客流较大或有政治影响的特等站或一等站，尤应考虑美观因素，不能因经济上的某些损失而破坏了整体美观条件。靠近站房的支柱，要注意不要正对着门窗，站旁两侧的支柱，要尽量对称布置。基本站台或中间站台上的支柱，其边缘至站台边缘的距离应分别不小于4m或2m。

(6) 尽量减少咽喉区的支柱数量

咽喉区聚集着大量的道岔群，各个站场的情况变化不一，对于较大的站场有时相当复杂，一般应提出两个或两个以上的布置方案进行比较，保证技术条件合理的情况下，应尽量减少支柱数量，选择最优或较优方案。

(7) 部分特殊跨距值应缩小

锚段关节的转换跨距、中心锚结所在跨距以及其他特殊跨距，应较一般跨距缩减5m～10m，或缩减原跨距的10%。

在站场上，由于两端咽喉区道岔密集，线路较多，存在有站台、地道、天桥、跨线桥、雨棚等多种建筑，其支柱布置形式是各式各样的，但支柱布置所遵循的基本原则是技术合理、节省支柱和便于信号瞭望。 2.2.2 划分锚段

划分锚段应注意下述原则： (1) 合理选择锚段起讫点

站场上的锚段要充分利用锚段长度，原则上应每个独立股道设立一个锚段。在选择确定锚段起讫点的下锚支柱时，应注意下锚支沿前进方向的转角须符合规定，跨越线路股道不宜过多。

(2) 张力差不应超过许可值

对于半补偿链形悬挂，其接触线的张力差不得大于额定张力的15%；全补偿链形悬挂，承力索的张力差不大于承力索额定张力的10%，并应满足接触线张力差的要求，使接触网稳定工作。

(3) 正线锚段长度的确定

正线上锚段长度应按照下列原则确定[4]：

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① 直线区段。对于全补偿链形悬挂，一般情况不大于1800m，困难条件时不大于2000m。

② 曲线区段。对于全补偿链形悬挂，在曲线半径小于1500m、曲线长度占锚段长度的50%及其以上时，其锚段长度不得大于l500m，直线区段可适当加长。

对于常速线路，当正线作为一个锚段太长时，可以分成一个半或两个锚段。该两个段关节的衔接，可以通过锚段关节，或通过道岔后分别转换下锚，如图2.1所示。

2341 1—正线；2—站线；3—正线通过道岔下锚；4—道岔定位

图2.1 正线锚段通过道岔转换下锚

(4) 站线锚段走向

对于大多数股道，都是在通过道岔以后下锚，但此时应避免在道岔处多次交叉，如图2.2所示。图2.2（a）为道岔处接触悬挂是一次交叉，图2.2（b）为道岔处接触悬挂是两次交叉，这种情况不够合理。

3134154113454355

（a）一次交叉 （b）两次交叉

图2.2 正线锚段走向转换图

在站线下锚，接触悬挂改变方向时，与原方向的水平夹角，一般情况不超过6°，困难情况不宜超过10°。

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在高速线路情况下，不允许站线与正线在站场内相交，应保证正线的相对独立性，使高速列车无障碍通过。

(5) 锚段横向穿越线路要少

在站线下锚时，其横向穿越的线路要尽量少，以利放线。在锚段通过相邻道岔时，一般把两个接触线布置成平行的比布置成交叉的要好，如图2.3所示。

（a）相邻道岔间接触线平行布置 （b）相邻道岔间接触线交叉布置

图2.3 相邻两道岔间接触线的交叉方式

(6) 尽量减少锚段数量

对于站线，一般一股道发线只设置一个锚段，对于不长的站线、货线、渡线等在锚段长度不超过900m时，可以仅在一端设置补偿器，成为所谓“半个锚段”。

为了简化设备，减少锚柱，在划分和设置锚段时，应尽量减少锚段数目，支线应尽量合并到别的锚段中去，只有在不得已时，才自成一个小锚段。

(7) 中心锚结位置选择

中心锚结位置一般设在锚段中部附近。原则上要求从中心锚结到两端补偿器间的张力差应大致相等。全补偿链形悬挂和简单悬挂还应考虑中心锚结绳便于拉出、便于锚柱埋设和设置拉线。

(8) 合理确定锚段关节的形式及位置

① 在站场与区间的衔接处，一般应设置四跨绝缘锚段关节，高速线路应设五跨绝缘锚段关节；

② 在有牵引变电所及分区所的车站，变电所及分区所附近应设置三跨或四跨非绝缘锚段关节，同时设置分相绝缘器，分相绝缘器应避免设在大坡道上。

速度在160km以上的线路，设置五至九跨带（或不带）中性嵌入段的锚段关节，以取代分相绝缘器及三跨或四跨绝缘锚段关节。

③ 车站两端的绝缘锚段关节，应设在最外道岔与进站信号机之间。一般对靠近站场的转换支柱，与出站道岔岔间的距离不小于50m，以利于电力机车转线。

④ 在绝缘锚段关节处，对于设有开关的转换支柱，应把锚支柱放在转换支柱的同侧，以便连接跳线和保证安全。如图2.4所示，其锚柱与转换支柱在同一侧。

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图2.4 绝缘锚段关节的开关位置

⑤ 尽头线的锚支柱，应距车档有一定距离（约20m）。条件不许可时，才把锚柱放在车档近旁，同时应尽量不要缩短尽头线的有效长度。

(9) 预留锚段关节

在车站两端与区间衔接处应预留一个锚段关节位置。 2.2.3 咽喉区放大图

对于站场平面图，因其放大比例有限，特别是大站，一船是道岔密集、悬挂密布，其各组悬挂的走向、定位、跨越及下锚等均不易识别，不利于现场组织放线施工。因此根据施工需要，每一个站场两端均应绘制咽喉区布线放大图，以方便工程施工和提高工程建设质量。

绘制咽喉区布线放大图应注意下列各点：

(1) 放大图是纵方向上保持比例不变，横方向的线间距扩大到8～10mm； (2) 着手绘制放大图时，应从靠近站中心的道岔，且从两侧站线做起，逐步向两端（与区间衔接处）绘制，保持正线与区间衔接；

(3) 为了保证道岔交叉布置的定位和避免悬挂多次交叉，允许两组悬挂在通过跨距内平行且等高布置；

(4) 保持两组悬挂的交点位于定位点与辙岔之间；

(5) 避免通过道岔下锚的站线悬挂（下锚支）穿越线路过多，又要注意不要多次交叉。在接触线改变方向时，要使该线在水平方向的走向与原方向的夹角不大于6°，困难时亦不应大于10°；

(6) 放大图要明确地标示出锚段编号、锚段长度及下锚位置；

(7) 对于无交叉布置的高速线路，应明确标出定位支柱位置和相应的无交叉布置的标志。

2.3 车站接触网平面设计步骤

车站接触网平面设计的主要步骤有：

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(1) 车站气象条件的确定；

(2) 主要材质及型号的选择（承力索，接触网）； (3) 最大跨距的计算（lmax）；

(4) 支柱类型选择（锚柱、转换柱、中心柱、中间柱、道岔柱、软横梁柱的选择）； (5) 拉出值选择； (6) 各种装配图绘制；

(7) 补充其他设备、材料的选型及高速电气化接触网参数； (8) 绘制车站接触网平面图； (9) 对各种设备进行调整。 2.3.1 车站气象条件的确定

接触网设计中所用到的气象资料包括：最高温度、最低温度、接触线无弛度时的温度、吊弦及定位器在正常位置时的温度、最大风速及出现时的温度、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时的最大风速等。

(1) 最大风速γmax

接触网设计用最大计算风速，应采用距地面10m高处、15年一遇的10min平均最大值，最大风速值与距地面的高度有关系。我国各气象台所提供的风速资料都是将连续自记10min的平均风速，统一换算至高度为10m的连续自记10min的平均风速。所以10m的高度也称为基本风速高度。

接触网的支柱高度一般在8～15m之间，接触线与承力索的架设高度又大都在6～l0m之间。因此，为简单起见，可直接取用最大基本风速，不需再加以换算。

(2) 最高温度tmax与最低温度tmin

最高温度tmax与最低温度tmin应根据线路通过地区的实际极限温度并参考典型气象区来确定。为了便于计算，在数值上宜取与极限温度接近的5之整倍数的数值。

(3) 最大风速出现时的温度t?

一般是选取风速大而出现次数多的月份的温度平均值。在北方多出现寒流风，宜取用冬春季某个月的平均气温，应该根据当地气象资料并参考典型气象区的取值确定。

(4) 接触线无弛度时的温度t0

接触线无弛度时的温度t0，是选取接触线处于水平状态时的温度，这个温度可以根据接触悬挂的实际运营状态确定。由于简单链形悬挂和弹性链形悬挂在温度变化相同时，其接触弛度变化不同，故t0取值也不同。

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简单链形悬挂：

弹性链形悬挂：

t0?tmax?tmin?5 2t0?tmax?tmin?10 2（2.1）

（2.2）

接触线无弛度时温度的取值，一般比平均温度偏低，这样可以减小负弛度，增加正弛度，有利于改善接触悬挂的运营状况。

(5) 吊弦及定位器处于正常位置时的温度td

吊弦及定位器处于正常位置时的温度，是取全年保持时间最长的温度，取该地区最高温度和最低温度的平均值。

(6) 覆冰厚度b

接触线和承力索的覆冰厚度，系指圆筒形的冰壳厚度。然而，实际上覆冰断面可能成为各种不规则的形状。在覆冰季节，可用单位长度导线覆冰后的重量换算出覆冰的平均厚度。

(gb?g)?109b?R??R

9.81?γb2td?tmax?tmin

2（2.3）

（2.4）

式2.4中，gb—单位长度导线覆冰后的总重力负载（kN/m）；

g—无冰时单位长度导线自重负载（kN/m）； R—导线半径（mm）；

γb—冰的密度，取900kg/m3。

接触线的覆冰厚度，取承力索冰壳厚度的50%。 (7) 线索覆冰时的风速vb

在设计时，若无实际观测资料，其覆冰时风速γb=10m/s，但在沿海及草原地区要大一些，此值可取γb=15m/s。

我国气象区的划分如表2.1所示。

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表2.1 我国标准典型气象区

计算条件

最高 最低

大 气 温 度 （℃）

覆冰 最大风速 安装 大气过 内部过电压年

平均气温 最大风速

风 速 （m/s）

覆冰 安装 大气过电压 内部过电压

覆冰厚度（mm） 覆冰的密度（kg/m3）

—

5

15

-5

-10 —

+10 +10 0

0

-5 -5

-5 -10

+10 -5 +15

+20 +15 +15 +10 +15 35

30

25 10

10

10

25

30

+10 25

-5 30 15 +10 30

+10 30

-5 -10

-5 -15

-10

-20

I

II

III

IV

V +40 -10

-20

-40

-5

-5 -10

-5 -10

-20

-20

VI

VII

VIII

IX

0.5×最大风速（不低于15m/s） 5

5

10 900

10

10

15

20

① 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、广西沿海的区等；

② II区系指华东大部分地区，包括安徽、山东、江苏大部分地区；

③ III区包括西南部的非重冰地区，以及福建、广东等受台风影响较弱的地区； ④ IV区包括西北大部分地区、华北及京、津、唐等地区； ⑤ V区适用于华东、中南和西南三个地区的广大山区； ⑥ VI区泛指湖北、湖南、河南以及华北平原的大部分地区；

⑦ 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；

⑧ VIII区适用于覆冰严重的地区，如山东、河南的大部分地区，湘中重冰地带； ⑨ IX区系指云贵高原重冰地区。

2.3.2 主要材质及型号的选择（接触线，承力索）

(1) 接触线的选型

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高速接触网要求受流性能好、稳定性能好、抗张性能好、导电性能好、电流强度大的接触线，因而要求具备下述主要技术性能[5]：

① 抗拉强度高

为了提高接触线的波动速度，因此需相应提高接触线的张力，要求抗张强度在

500N/mm2左右。考虑选择高强度材料以提高其应力的同时，还要注意其线密度要低。

② 电阻系数低

高速接触网中电流强度较大，为此，必须要求接触线的电阻率要低，一般在工作温度20℃时，电阻率应在0.01768～0.0200?mm2/m范围内以适应流经大电流的需要。

③ 耐热性能好

高速接触网一般都应具有列车的运行速度高、密度大、持续时间长的特点。因而，接触线内长时间流经大电流，在持续流过较大的载流量以后，自然引起导线发热，在温度达到一定程度时，导线的材质会软化，强度会降低，严重时，接触线会产生因温度影响形成的蠕动性伸长变形，从而破坏正常的受流，影响接触网的正常工作。因此，选择的接触线材质应具有较好的耐热性能，一般要求软化点在300℃以上，以适应较高载流量。

④ 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，同时注意其抗腐蚀性能，尽量延长接触线的使用寿命。

⑤ 制造长度长

为了保证高速电气化区段的良好受流，消除硬点及断线隐患，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1800~2000m之间，以适应锚段长度的需要。

高速接触网对接触线的技术要求，很难都达到最优化或理想化状态，因为在所要求的性能之间，如张力与拉断力、横截面积与线密度、导电率与合金化方面、载流量与波动速度、高温软化与耐磨性能等之间，都存在着矛盾，重视某一方面，就必须舍弃另一方面，二者的优点多数是不可同时兼得，所以应该是综合选型。

波动速度要求接触线要有较大的张力，即要有较高的强度，但它与其拉断力（应力3面积）有关，加大张力，势必提高接触线的抗拉性能，提高拉断力的措施是采用钢合金或加大载流截面。当然，任何形式的合金材质，都会降低导电率，进而减小载流量。同时，加大了横截面积可以相应地提高载流量，进而降低温升，但它又加大了线密度ρ值，从而限制了波动速度的提高。

延长接触线寿命的基本途径是增强接触线的耐磨性能，提高耐磨性能和耐高温性能

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的重要措施是研制合金型材质，这样又会降低导电率。

从上述分析可知，这些性能和技术要求之间存在着相互制约和相互影响的因素，所以在各国高速电气化铁路建设中都十分注意研制、选择和使用新型接触线，并且需考虑下述诸因素[6]：

① 增大接触线的张力

提高接触线张力，是目前各国普遍采取的技术措施，它可以有效地提高接触线的波动速度，同时相应地提高列车运行速度。提高接触线的张力以后，可以得到两个附加效果：第一可以相应地限制高速运行时的动态抬升量。根据法国的试验，一般运行在300km/h时，总抬升量在100mm以内；第二个附加效果可提高弹性系数的不均匀度，使跨中的弹性得以有效降低，约为0.5mm/N，而悬挂点处约为0.4mm/N，从而使磁性在整个跨距内趋于一致，大大降低了弹性不均匀系数。

② 限制接触线横截面

增大接触线横截面积，可以有效提高拉断力，增大载流量，相应地降低温升，所以适当增加横截面积是有利的。但过大地增大接触线的横截面积会产生两个负面效果：其一是使接触线线密度增加，从而降低了波动速度，这是极为有害的；其二是架设时的不均匀性及平直性的危险增加。所以，接触线的横截面积必须限制在某一范围内。

③ 提高接触线的导电率

在有限的横截面积条件下，提高载流能力的途径是尽量提高导电率。采用银铜接触线或锡铜的合金接触线，常温抗拉强度和导电率都得到了提高。这既提高了导线强度，又保持了相应的导电率，这些都是很不容易达到的技术目标，但这是发展方向。

④ 增强耐磨耗性能

高速电气化铁路接触网运行速度高，载流量大，弓网间的接触压力也随之增大，接触线磨耗相对加重，同时，在高速受流中，产生火花和电弧是不可避免的，这些又会使磨耗加剧。因此，选择耐磨性能好的材质，有效地延长接触线的使用寿命是普遍关注的核心课题，特别是在采用双弓或多弓运行的条件时，更显得迫切与必要。与耐磨性相关联的另一个问题是耐腐蚀性能，这对选择接触线的材质也是很重要的方面，特别是在沿海及工业污染源较集中以及酸雨与空气湿度较大的地区更为重要。有些耐磨性能好的材质（如铜合金），其耐腐蚀性能也好；但也有些耐磨性能好的材质（如钢），耐腐蚀性能却很差，这是在选择接触线材质时必须考虑的重要问题。在考虑接触线耐磨性能的同时，还应考虑受电弓滑板材质的匹配问题。

⑤ 选择铜合金材质

纯铜接触线具有导电性能和施工性能好的优点，但是存在抗拉力差、耐磨性能差和

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高温易软化等诸多缺点，无法适应高速度、大载流量的要求。载流量与接触线最高允许工作温度有关，为了避免载流量过大影响机械强度，所以对纯铜接触线最高允许工作温度都作了规定，在我国规定为95℃。采用铜合金会有效地提高其软化温度，如纯铜接触线在200℃开始明显软化，而铜合金接触线的软化点都在300℃以上，所以，采用铜合金接触线是提高载流量的基本措施之一。采用合金的目标是提高接触线的抗拉强度、耐磨耗性能和高温软化性能。当然，试验证明，在铜内不管渗进什么金属，都会相应提升其电阻率，所以研制高强度耐磨性能好的铜合金接触线，是以有限地牺牲导电性能为代价的。如在铜中渗入0.4%～0.7%的镁可以大幅度地提高抗拉强度，使其应力达到490N/mm2，其导电率只有68.1%。 2.3.3 支柱类型的选择

我国电气化铁路广泛采用的是预应力钢筋混凝土支柱。

根据支柱上的支持装置的不同，支柱可分为腕臂支柱，硬横跨支柱和定位支柱。定位支柱仅仅是为了对悬挂导线进行水平固定（定位），以保证与受电弓中心的距离。按用途划分，支柱可分为中间支柱、转换支柱和锚柱。

(1) 预应力钢筋混凝土支柱

预应力钢筋混凝土支柱采用高强度钢筋，在制造支柱时预先进行预拉伸使其产生预应力，它比普通钢筋混凝土支柱在同等支柱容量情况下，具有用材少、重量轻等特点。接触网支柱应尽量采用预应力钢筋混凝土支柱，这种支柱与钢支柱相比较，其优点是节省钢材；同时，支柱的地面以下部分代替基础的效用，故不需要另浇注基础，因而又具有利于施工、维护工作量小、使用寿命长等诸多优点。在我国已广泛推荐使用钢筋混凝土支柱。

这种支柱在安装使用之前，混凝土处于受压状态，而钢筋则处于受拉状态。当支柱承受负载以后，混凝土里将出现拉应力，它等于弯矩引起的拉应力与预压应力之差，这样，采用混凝土的负载能力就可使支柱的负载能力大大提高。受拉层里的钢筋的总张力等于预拉应力和弯矩作用引起的拉应力之和。但是这不会使支柱承受负载的能力受到什么限制，因为此时钢筋还远没有达到满载。

一般用下述形式表示：

H3848?250和H

8.7?2.68.7?3式中，H表示钢筋混凝土支柱；分子38，（48—250）表示支柱容量（kN2m）；分母8.2（8.7）表示支柱的地面以上高度（m）；2.6（3.0）表示支柱埋深（m）。

全补偿链形悬挂要比半补偿链形悬挂结构高度低，所以全补偿采用的支柱也比半补

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偿链形悬挂采用的支柱低（低0.5m），故有8.2及8.7两种。腕臂柱和软横跨支柱都可用作下锚柱，下锚柱要承担顺线路方向（设下锚拉线后）的下锚力，故其支柱容量表示为48—250、170—250，其中250是表示顺线路方向的支柱容量（kN2m）。

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。

钢筋混凝土支柱型号及规格表如表2.2所示[7]。

表2.2 钢筋混凝土支柱型号及规格

型号

L（m） 11.3 10.8 11.3 10.8 11.7 11.2 12.2 11.7

a（mm） 160 168 267 280 413 425 400 413

b（mm） 质量（kg） 迎风面积（m2） 使用范围 348 388 550 550 705 705 705 705

1050 1010 1330 1260 1730 1620 1840 1730

1.94 1.94

18

8.7?2.618H 8.2?2.638H 8.7?2.638H 8.2?2.678H 8.7?378H 8.2?348?250H

9.2?348?250H 8.7?3H腕 2.04 2.04 2.11 2.11 2.21 2.11

臂 支 柱 锚 柱

(2) 钢支柱

目前，在接触网工程中，特别是较大站场上，大量利用钢拄，它是由角钢焊接成的立体衍架结构式支柱，具有重量轻、容量大、耐碰撞、运输及安装方便等优点，但存在用钢量大、造价高、耐腐蚀性能差，需定期进行除锈、涂漆防腐，且有维修不便等缺点。从节约钢材及方便运营维护的角度出发，要求尽量少采用。现在涂漆防腐已改为热镀锌防腐，提高了防腐性能，延长了维修周期。钢柱主要用于跨越股道比较多、需要支柱高度较高、容量较大的软横跨柱，其次用作桥梁墩台上安装的支柱。现在作为软横跨钢柱的高度有13m和15m两种。钢柱的缺点是维修工作量大，需定期进行防锈和涂漆的保

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养工作，而且从节省钢材的角度出发，也要尽量减少使用。故目前在大型站场、桥上及不便使用钢筋混凝土支柱的地方采用。

钢柱是用工字形钢、槽钢或角钢制成，我国一般用角钢。钢柱一般用符号G表示，其支柱型号和规格详见表2.3所示[8]。

表2.3 15m钢柱基础类型选用表

土壤允许承压力 kPa

支柱类型

100

GG

挖方 150 J15-3

200 J15-1

250 J15-1

填方 150 J15-7

200 J15-7

200 15J15-4

250 15200?250Gm

15300G 15250?250G

15350G 15450G 15350?250G

15

J15-9 J15-5 J15-3 J15-1 J15-9 J15-7

J15-8 J15-4 J15-4 J15-2 J15-10 J15-8

J15-10 J15-14 J15-19

J15-6 J15-13 J15-17

J15-4 J15-12 J15-16

J15-2 J15-11 J15-16

J15-10 J15-15 J15-18

J15-8 J15-14 J15-18

Gm

200?250中，分子200为支柱垂直于线路方向的支柱容量；分子250为支柱顺15线路方向的支柱容量；分母15为指钢柱的高度。 2.3.4 拉出值的选择

在进行接触网平面设计时，在定位点处，应标明接触线拉出值的大小和方向。设置拉出值的目的是使受电弓滑板磨损均匀。因此，拉出值的大小是由受电弓的有效工作长度决定的。站场上布置拉出值，对于同一组软横跨，各股道拉出值的方向要间隔向相反方向拉，以使软横跨受力状态良好。拉出值在直线区段一般取±300mm，在曲线区段则根据曲线半径决定，具体取值如表2.4所示。

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表2.4 接触线拉出值选用表

曲线半径（m） 300～1200 1200

区间拉出值（m）

400 250 150

隧道内拉出值（m）

300 150 100

在设置拉出值时，一般应注意下述技术原則：

(1) 布置和确定拉出值时，一般先从咽喉区开始。在向站中心布置时，若最后碰到直线股道上相邻定位点向同方向拉出，可找两边较小的跨距，在其定位点处将其拉出值设置为零。

(2) 站场上布置拉出值，对于同一组软横跨，各股道拉出值的拉出方向要间隔向相反方向拉，以使软横跨支柱受力状态良好。

(3) 在道岔处，若实施交叉布置，接触线处在标准定位时，在定位点处，其两组悬挂接触线的拉出值应相等，取值为375mm，两接触线定位点距离为100~150mm。

(4) 在道岔附带曲线末端的支柱处拉出值，是根据曲线半径大小及跨距长短决定的，一般取400mm，通常不小于300mm。 2.3.5 计算负载的确定

计算负载分为垂直负载和水平负载两种[9]：

① 垂直负载对于简单悬挂，包括本身重量和接触线的覆冰重量，链形悬挂包括本身的重量，即承力索、接触线、吊弦及线夹的重量，接触线及承力索的覆冰重量。

② 水平负载包括风负载和由吊弦偏斜所造成的负载，后者在设计中一般不予考虑。 (1) 自重负载

自重负载的表达式为：

g?SγgH?10?9

S—线索的横截面面积（mm2）；

γ—所求线索的密度（kg/m3）；

（2.5）

式2.5中，g—线索单位长皮重力负载（kN/m）；

gH—自由落体重力加速度9.81（m/s2）。

对于钢铝接触线，由于钢和铝的密度不同，应分别计算，若设SG、SL及?G、?L分别为钢和铝的实际横截面面积和密度，则单位长度的自重负载为：

g?9.81?10?9(SGγG?SLγL)

（2.6）

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在垂直负载中，应考虑吊弦及线夹的重力负载，通常把它换算为单位长度重力负载为0.5310-3kN/m。

(2) 冰负载

冰负载由下式表示：

gb0?0.25?10?9γb?gH??[(d?2b)2?d2] ???γb?b[(b?d)gH?10]b—覆冰厚度（mm）；

?9 （2.7）

式2.7中，gb0—承力索（或接触线）的覆冰重力负载（kN/m）；

A?B（mm）； 2d—线索直径，对于接触线取平均直径，即d?γb—覆冰密度（kg/m3）； gH—重力加速度（m/s2）。

(3) 风负载

风负载就是风作用到线索上的力，具有当地的风速观测资料时，接触网悬挂线索单位长度的风负载可由下式计算：

p?0.615aKdlv2sinθ

K—风负载体型系数（见表2.6）；

（2.8）

式2.8中，a—风速不均匀系数（见表2.5）；

d—线索的直径（mm）；

l—接触悬挂跨距（m）；

v—设计计算风速（m/s）； ?—风向与线路方向的夹角。

风速不均匀系数如表2.5所示。

表2.5 风速不均匀系数

计算风速（m/s）

20以下 20～30 31～35 35以上

a

1.00 0.85 0.75 0.70

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在计算时，风向与线路方向的夹角一般取?＝90°，sin?＝1，当l取为1m时，则式2.8可变为单位长度风负载的公式，风速不均匀即：

p?0.615aKdv2?10?6

对于支柱所受的风负载，应换算成：

（2.9）

P0?0.615KFv2?10?3

（2.10）

式2.10中，p0—支柱风负载（kN）；

K—风负载体型系数（见表2.7）； F—塔身迎风面的构建投影面积（m2）。

表中F为桁架构建的实际投影面积，FK为桁架的轮廓面积。风负载体型系数如表2.6所示，空间桁架背风面的风负载降低系数如表2.7所示。

表2.6 风负载体型系数

受风件特征

支柱

圆形钢筋混凝土支柱 矩形钢筋混凝土支柱 四边形角钢支柱 链形悬挂 一般悬挂

d<17mm d≥17mm

表2.7 空间桁架背风面的风负载降低系数

F/FK ≤0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1.0

系数K 0.60 1.40 1.4（1+?）

1.25 1.20 1.10

线索

?

1.0 0.85 0.66 0.50 0.33 0.15 0.15

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(4) 合成负载

在线索同时承受垂直负载（重力负载）和水平负载（风压载）时，合成负载是它们的几何和。

最大风速时的合成负载：

qvmax?(gj?gc?gd)2?pcv

2（2.11）

无冰、无风的合成负载：

q0?gj?gc?gd

（2.12）

式2.12中，gj—接触线单位长度的重力负载（kN/m）；

gc—承力索单位长度的重力负载（kN/m）；

gd—吊弦及线夹重力负载，取为0.5310-3（kN/m）； pcv—承力索在时单位长度的风负载（kN/m）；

q0—链形悬挂重力负载（kN/m）。

2.3.6 全补偿链型悬挂安装曲线

对于全补偿链型悬挂，不仅在接触线下锚处设有补偿装置，在承力索两端也设有补偿装置，因此可以近似的认为接触线张力Tj和承力索张力Tc均近似为常数。在温度变化时，接触线、承力索虽然也伸长或缩短，由于设有补偿器，它们的张力不受温度变化的影响，其尺寸也可以认为与温度变化无关。全补偿链型悬挂，在无附加负载（覆冰）的情况下，认为接触线呈无驰度状态，此时承力索驰度可由下式决定：

W0li2q0li2 F0??8Z8Tc（2.13）

式2.13中，li—锚段内的实际跨距值（m）；

Z—承力索换算张力（kN）；

Tc—承力索最大许用张力（kN）； q0—链型悬挂合成自重负载（kN/m）； W0—链型悬挂换算负载。

由上式可知，全补偿链型悬挂承力索驰度F0，在跨距一定时，由悬挂的负载q0和承力索张力Tc决定。在常温下，若不考虑冰、风等附加负载的影响，q0和Tc均近似地被认为是常数，而承力索驰度F0不变，但它的大小由补偿器给定的承力索张力Tc决定。

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随着大气温度的变化，承力索和接触线会发生线性伸长（或缩短）。为了不使承力索和接触线在最高温度时，因补偿器坠砣着地而失去补偿作用及在最低温度时补偿装置因卡住滑轮而发生事故，一般根据锚段长度的不同，计算出极限范围内坠砣串的安装高度，称其为全补偿链型悬挂坠砣安装高度曲线。安装曲线通常受上端和下端两端控制，由于我国疆域辽阔，南北方的极限温度的温差较大，一般北方由上端控制，计算出ax的安装距离（坠砣顶端至滑轮组）；在南方由下端距地面的安装高度bx控制，其安装曲线是表示坠砣串底部至基础面，计算公式为：

bx?bmin?nθL?nL??tmax?tx? ax?amin?nθL?nL??tx?tmin?

（2.14） （2.15）

式2.14中，bmin—坠砣串底部至基础面（或地面）的最小允许距离（m）；

amin—坠砣串顶部至滑轮组的最小允许距离（m），一般取300mm；

L—半个锚段的长度（m）；

θ—新线延伸率，承力索取3.0?10-4，接触线取6.0?10?4；

n—补偿滑轮传动比，nc?3，nj=2； tx—安装时的大气温度（℃）。

安装曲线如图2.5所示：

2.42.22.01.81.61.41.21.0坠砣L=700L=600L=500b（xm）TcTjL=900L=800bx0.80.60.40.3L=400L=300tmaxtmax10tmax20tmax30tmax40tmax50

图2.5 全补偿链型悬挂的安装曲线

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2.3.7 软横跨的预制计算

(1) 确定负载

软横跨的结构复杂、形式多样，为了便于设计、施工、计算和备料，特将常用的各种不同形式的软横跨装配结构组合在一起，成为软横跨结点类型。软横跨的负载计算，就是根据软横跨的结点类型求算悬挂结点负载。共有15种结点类型，其意义如下：

结点1、2 表示软横跨在钢支柱上的装配形式，其中2为站台侧；

结点3、4 表示软横跨在钢筋混凝土支柱上的装配形式，其中4为站台侧； 结点5 它相当于一般中间支柱的定位装配形式，是最主要的悬挂方式之一。在全补偿链型悬挂时，悬吊承力索的鞍子改为滑轮；

结点6、7 相当于道岔定位柱的定位装配形式，两组悬挂均为工作支，两根接触线的高度一致，它可以是两根接触线同时向一个方向拉，也可以分别向两个方向拉；

结点8、9 表示软横跨的绝缘分段和有、无中间站台的下部定位索的绝缘分段； 结点10 表示两组悬挂，一组悬挂为工作支，另一组悬挂为非工作支定位； 结点11、12 表示两种形式的非工作支定位；

结点13 表示具有中间站台的承力索和下部定位索的绝缘分段； 结点14 表示非工作支偏离线路中心； 结点15 表示非工作支抬高，并拉向下锚。

在国外，也有采用双绝缘软横跨的，其带点作业的安全性最高。此外，这种软横跨还允许对绝缘件进行带电作业。为此，在作业时需用一截导线先将绝缘件短接。

对于软横跨，为了保证它良好地工作，从结构安装上需满足四条基本要求： ① 上、下部定位索要水平，在必要时，在架设初期，允许有少许负弛度。 ② 最短吊弦应在规定范围内，即对3～4股道Cmin?400mm，对于5～6股道

Cmin?600mm，对于7～8股道Cmin?800mm。

③ 在基本站台及中间站台，下部定位索的悬式绝缘子串接地侧的裙边应与站台边沿对齐。有关接触网软横跨的施工预制的计算。

④ 上部定位索至正线轨面的高度，大站取7860mm，小站取7260mm。 (2) 实测和需要确定的结构参数

在软横跨预制计算中，有许多已知数据是需要实际测量确定的。在软横跨支柱施工中，因地形条件的限制，受外界影响的因素很多，施工误差很大，它们对计算结果会产生较大影响，应分别加以考虑。其中很重要的一点，已知数据应符合现场的实际情况，否则，即使计算无误差也不能达到预期的目的。因此，测量出准确的原始数据时十分重

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要的。

软横跨预制计算。在计算中，一般应具有以下原始结构尺寸数据：

① CX1、CX2为侧面限界，在正线轨面水平面内，左右侧支柱内缘分别至临近线路中心的距离（m）；

② L为横向跨距，直两支柱悬挂点（支柱顶端内缘向下100mm处，下同）间的水平距离（m）；

③ l1、l2为不等高悬挂或不对称悬挂，由横向承力索最低点分别至两悬挂点的水平距离（m）；

④ δ1、δ2为支柱结构的斜率和调整倾斜度之和，即安装后的支柱内缘相对于铅垂线的总斜率（mm/m）；

⑤ d1、d2为偏移距离，即支柱结构斜率和调整倾斜率值形成的偏移距离之和，简

?为在上部??HS??HS称偏距，其值为d1?Hδ1，d2?Hδ2，d1δ1，d2δ2（其中d1?、d2定位索处的偏移距离）。应该注意，考虑到支柱受力后产生的扰度和基础返回而内倾，经验取值比一般计算值偏小；

⑥ S1、S2为基础面至正线轨面的高差，即支柱地面（钢筋混凝土支柱由地线孔至轨面）至轨面的垂直距离，当支柱底面高出轨面时，S为正值，反之为负值；

⑦ f1、f2为横向承力索的驰度，即由横向承力索最低点分别至两悬挂点铅垂方向的距离，当为等高悬挂时，f1?f2?fmin；

⑧ a1、a2、?、an为相邻悬挂点间的水平距离，其中：a1?CX1?Hδ1，

an?1?CX2?Hδ2。

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3 武威车站接触网平面设计

3.1 武威车站概况

3.1.1 线路资料

武威车站位于甘肃省境内西北区域，由表2.2（属于典型气象区的IV区），西至乌鲁木齐站，东至兰州站，车站内设有I、3、5、7、9、11、13及一条非电气化（15）线路，设计过程包含上述股道和II、4共十条股道，另外还有三条货场线路：货1、货2、货3，其中为I、II正线，总长度长为2761.4米，本次设计长度为2466.56米（本站设计范围：K270+416.75～K272+883.31），由于本车站是大站，不能用一个锚段穿越整个车站，因此，在本车站的设计中，采用了主线上两个锚段来贯穿车站，这样可以保证列车行驶的安全和维修方便。车站设有一个候车室进站站台（44031030.3），两中间站台（52838.030.3，500311.531.2）。线路中有奇数V1~V11，偶数V2~V18共15段曲线区段，其参数如表3.1所示。

表3.1 线路曲线数据

编号 V1 V3 V5 V7 V9 V11 V2 V4 V6 V8 V10 V12 V14 V16 V18

半径R R—400 R—400 R—400 R—600 R—600 R—250 R—400 R—400 R—400 R—400 R—400 R—400 R—300 R—300 R—200

长度L 66.512 33.26 33.26 116.280 116.280 265.198 33.26 33.26 33.26 66.512 66.512 66.512 83.082 83.082 66.92

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3.1.2 气象资料

接触网设计中所用到的气象资料包括：最高温度、最低温度、接触线无弛度时的温度、吊弦及定位器在正常位置时的温度、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等。

根据标准典型气象区的划分，武威车站位于标准典型气象区的IV区，其气象资料如表3.2所示。

表3.2 车站气象资料

计算条件

最高 最低

大 气 温 度 （℃）

覆冰 最大风速 安装 大气过电压 内部过电压年平均气温 接触线无弛度时的温度 （全补偿简单链型悬挂）

风 速 （m/s）

最大风速 覆冰 安装 大气过电压 内部过电压

覆冰厚度（mm） 覆冰的密度（kg/m3）

气象区IV +40 -20 — -5 -10 +15 +10 0 25 10 10 15

0.5×最大风速（不低于15m/s） 所以本设计中取值15m/s

5 900

3.1.3 线型选择

高速接触网要求受流性能要好、稳定性要好、抗张力性能要好、导电性能好、电流强度大的接触线具备以下主要技术性能：抗拉强度高，电阻系数低，耐热性能好，耐磨性能好，制造长度长（1800～2000m）。

考虑到线型选择的技术要求和电气化铁路大幅度提速及高速电气化铁路的要求，设计中接触线选择CTHA-120型银铜合金接触线，因为，采用银铜合金接触线可以提高载

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流量，提高接触线的抗拉强度、耐磨耗性能和高温软化性能，目前京—郑电气化线路上的使用效果良好。

对于承力索，选择TCG-150型铜承力索和THJ70型铜合金绞线，因为铜承力索有很好的机械强度，不易断线，安全性较好，并具有导电性能好，耐腐蚀性能好等优点，并且可以和接触线并联供电，可降低压损和能耗。横向承力索选用LBGJ70/19型铝包钢绞线，上、下部定位索选用LBGJ50。

线索选取型号及参数如下表3.3所示。

表3.3 接触导线基本参数表

导线类型 接触线 承力索

CTHA-120 CTHA-85 TCG-150 THJ70

截面积（mm2） 120 85 150 70

计算直径（mm） 13 10.8 15.8 9.4

张力（kN）

15 8.5 20 15

单位重量 （kg/km） 1070 769 1388 596

线胀系数（1/℃） 17×10-6 17×10-6 17×10-6 17×10-6

3.1.4 腕臂、拉杆、定位管、定位器类型的选择

这些选择与很多因素有关，其选择方法是根据悬挂类型（全、半补偿链型悬挂）、结构高度、支柱类型（中间柱、转换柱、中心柱）、侧面限界CX（直线区段或曲线区段）、支柱高度（8.2、8.7、9.2）、接触线高度（站场与区间、大站与小站）、定位方向（受拉或受压）、悬挂数量（一组或两组）、曲线半径大小以及支柱所在位置（曲线内侧或曲线外侧）的不同而有所不同。

腕臂按其与支柱之间是否通过绝缘装置分为绝缘腕臂和非绝缘腕臂。我国电气化铁路中，最广泛采用的是旋转绝缘腕臂，绝缘腕臂类型和拉杆及压管型号的选用如表3.4和表3.5所示[10]。

选取腕臂时，其长度与所跨越的线路股道的数目，接触悬挂的结构高度，支柱的侧面限界和支柱所在的位置（直线还是曲线上）等因素有关。腕臂跨越股道数目越多，接触悬挂结构高度越高，支柱的侧面限界越大，则腕臂就应大些。腕臂和拉杆的选用需要综合考虑线路的各种因素来做出正确的判断。

1腕臂，查下表3.4可知，选1?2.75型号，长度为2750mm，质量为11kg；

2拉杆，查下表3.5，选16型号的，长度为1600mm，质量为2.79kg；

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表3.4 绝缘腕臂类型和规格表

型号，规格

外径（mm） 长度（mm）

48 48 48 60 60 60

1750 3000 3150 3000 3150 3550

单件重量（kg）

11.0 12.0 12.6 15.2 16.0 18.0

直线或曲线半径R≥600m区段； 在R≥1000m的区段有反定位时；

R<600m的区段，腕臂只承受一支接触悬挂时。

直线或曲线半径R≥600m区段，腕臂只承受一支接触悬挂时。

参考应用范围

11?2.75 211?3.0 211?3.15 22?3.0 2?3.15

2?3.55

表3.5 拉杆及压管型号规格

类别

型号 12 14 16 18 21 26 Y19 Y23 Y28

长度（mm）

1200 1400 1600 1800 2100 2600 1985 2385 2885

质量（kg）

2.16 2.47 2.79 3.11 3.58 4.38 8.7 10.3 12.3

水平 拉杆

压管

(1) 正定位

在直线区段或曲线半径为1200～4000m的区段上，采用这种定位方式。该定位装置由直管定位器和定位管组成。定位器一端利用定位线夹固定接触线；另一端通过定位环与定位管衔接，定位管又通过定位环固定在腕臂上，结构见图3.1（a）。

(2) 反定位

反定位一般用于曲线内侧支柱或直线区段之字值方向与支柱位置相反的地方。定位器附挂在较长的主定位管上，呈水平工作状态。主定位管受压力较大，为了使定位管保持水平，一般用两条斜拉线将定位管吊住，固定在承力索上。为了保证定位器与主定位管之间保持有一定的距离（大于或等于300mm），定位器通过长支持器与主定位管连接，结构见图3.1（b）。

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悬式绝缘子腕臂腕臂支柱定位器棒式绝缘子定位管支柱定位管定位器棒式绝缘子

（a）正定位 （b）反定位

图3.1 定位方式

(3) 软定位

这种定位装置只能承受拉力，不能承受压力，因而用于曲线R≤1000m的区段。 定位管及定位器的规格如表3.6和表3.7所示[11]。

表3.6 普通定位管型号规格表

型 号

1/2-700

JL6(1/2)-85

1/2-960 1/2-1350

JL6(3/4)-85

1/2-960 1/2-1150

适用范围 正反定位 正反定位 正反定位 正反定位 正反定位

主要尺寸（mm） φ 21.25 21.25 21.25 26.75 26.75

l 700 960 1350 960 1150

重量（kg） 1.12 1.52 2.02 1.81 2.21

表3.7 定位器型号规格表

类别 直管定位 器

定位器 型号 1/2－960 3/4A-960

焊接套筒

定位器套管外

安装倾

总长 （mm） 970 970 1145

单件重量（kg）

使用范围 直线或R>1000m曲线定位

曲线内侧反定位R≤1000m定位 软横跨定位

形式 径（mm） 斜度 有环 无环

21.25 26.75 26.75

1:10 1:10 1:6

1.51 1.88 2.20

3/4B-1150 无环

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1定位管，查表2.3，选?700型号，长度为700mm，质量为1.12kg；

21定位器，查表2.4，选?960型号，长度为960mm，质量为1.51kg；

2QBN1－25型棒式绝缘子，质量为16.0kg；

3.1.5 接触线高度和结构高度

接触线高度是接触网设计的重要技术参数之一，接触线高度有最高高度和最低高度。接触线的最高高度为6500mm，最低高度为5370mm。接触线高度一般取5300～5500mm为宜。

结构高度是指在悬挂点处承力索和接触线间的铅垂距离。 本车站设计的接触线悬挂高度为6300mm，结构高度为1100mm。

3.2 设计计算

为了保证安全运营，使之既具有经济性，又具有一定的可靠性，所以要进行一系列的计算。包括气象条件及负载计算、悬挂导线的张力计算与驰度计算、跨距许可长度的计算、锚段长度的计算以及安装曲线的计算等。 3.2.1 负载计算

(1) 线索自重负载

由公式（2.5）可知导线的自重负载 接触线：

gj?SγgH?10?9?120?1.33?9.81?10-9 ?15.65?N/m?承力索：

gc?SγgH?10?9?150?1.073?9.81?10-9 ?15.79?N/m?吊弦：

gd?0.5?N/m?

(2) 线索上的冰负载 ① 承力索上的冰负载

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gbc???γb?b(b?d)gH?10?9?3.14?900?10??10?15.8??9.81?10-9 ?7.15?N/m?② 接触线上的冰负载

gbj???γb?b(b?d)gH?10?9?3.14?900?10??10?13.02??9.81?10-9

?N/m??6.381(3) 风负载

① 接触线上的风负载

Pj?0.615aKdlv2sinθ?0.615?0.85?1.25?252?13.02?10?3 ?5.317?N/m?② 承力索上的风负载

Pcv?0.615aKdlv2sinθ?0.615?0.85?1.25?252?15.8?10?3 ?6.45?N/m?覆冰时承力索的风负载

pcb?0.615?Kv2?d?2b??10?6?0.615?1?1.25?102??15.8?20??10?3 ?2.75?N/m?(4) 承力索上的合成负载 ① 无冰、无风时的合成负载

q0?gj?gc?gd?15.65?15.79?0.5 ?31.94?N/m?② 最大风速时的合成负载

qvmax?(gj?gc?gd)2?pcv?31.942?6.452?32.58?N/m?2

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③ 覆冰时（承力索）合成负载

qb???q02?gbc?gbj??pcb2?31.94?7.15?6.381?2?2.752?45.55?N/m?3.2.2 跨距许可长度的计算

pj为接触线单位长度风负载，根据公式2.10

pj?0.615aKdv2?10?6

式中，a为风速不均匀系数，查表2.6得，最大风速时a=0.85；K为风负载体型系数，查表2.7得，K=1.25；d为线索直径，查表3.4得，d=13mm；v为最大风速，查表2.2可知，vmax?25m/s。

pj?0.615aKdv2?10?6?0.615?0.85?1.25?13?10-3?252?5.309?10-3?kN/m? 直线区段上等之字布置，a为接触线之字值，取?300mm。

bjmax?mpjl28Tj?2a2Tjmpjl2?γj

（3.1）

lmax?2Tj?bjx?γj???mpj?bjx?γj??a2?

??2（3.2）

式3.2中，m为当量系数（银铜线取值0.9）；pj为接触线单位长度风负载；Tj为接触线张力；a为接触线之字值，在直线区段上取0.3m；γj为支柱挠度，可以忽略。

直线区段经验取值，最大跨距为65m，则代入式3.1得：

bjmax?mpjl28Tj?2a2Tjmpjl2?γj

0.9?5.309?10-3?6522?0.32?15???15?10-3-328?150.9?5.309?10?65 ?168.23?10-3?133.75?10-3?15?10-3 ?316.98?10-3?m?

?mm? ?316.98显然，bjmax<500mm，也就是说满足最大跨距的要求。

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曲线区段上，公式为：

bjmaxl2?8?mpj1?????a?γj ?TR??j?（3.3）

lmax?22Tjmpj?TjR?bjx?a?

（3.4）

其中取值bjx?bjmax?450mm，根据前述武威车站站场各个区段半径，求解曲线区段上的最大跨距值：

关于曲线半径对应为R=600m、400m、300m、250m、200m和对应拉出值a为400mm，由式3.4可以得出：

(1) 当R=600m时，

lmax?22Tjmpj?TjR2?15?450?10-3?400?10-3

?bjx?a? ?2?150.9?5.309?10-3?600 ?58.53?m???

(2) 当R=400m时，

(3) 当R=300m时，

(4) 当R=250m时，

(5) 当R=200m时，

lmax?49.12?m?

lmax?43.15?m?

lmax?39.68?m?

lmax?35.76?m?

当曲线半径较大时，所求出的最大跨距可能大于直线上的最大跨距值，在这种情况下lmax不应超过直线区段上的值（65m），所以，在设计中，半径较大（课题设计中曲

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线半径大于等于400m）曲线区段的的最大跨距值取为50m。具体怎么选取可根据实际情况来选取合适的跨距长度，见附录1（接触网平面设计CAD图）。

为了提高接触网运行效果，在满足要得情况下，尽量取值较大跨距。线路跨距确定取值如下表3.8所示。

表3.8 线路跨距选取值

线路类型 实际跨距（m）

直线区段

600

60

50

曲线区段半径R（m） 400 50

300 43.63

250 40.05

200 36.03

本车站平面站设计采用的全补偿链形悬挂，在接触线和承力索的线胀系数相同时，吊弦总是垂直的，无论对接触线或承力索都不会产生张力。本设计中αc?αj，所以，对接触线起作用的是定位器。在直线区段上，由于定位器对接触线张力变化影响小，可以忽略。因此，对于定位器产生的张力增量，只考虑曲线上的情况。

在直线区段上，承力索沿线路中心布置，在温度变化时，承力索虽有转动，仍可认为承力索不产生张力增量。而在曲线区段上，对承力索起作用的是腕臂的拉杆。

由于武威车站正线基本是直线线段，所以，由定位器对接触网产生的张力增量和由腕臂拉杆对承力索产生的张力增量均可忽略。

对于锚段长度小于2000m的直线段，一般不作验证。 3.2.3 全补偿链形悬挂锚段长度的计算

锚段长度应按照下列原则确定： (1) 直线区段

对于全补偿链形悬挂，一般情况不大于1800m，困难条件时不大于2000m；对于半补偿链形悬挂，一般情况不大于l600m，困难条件时不大于1800m。

在本设计中，在直线区段，最大锚段长度小于1800m，由于武威车站的长度大于1800m，因此在设计中一条线上必须分成两个大的锚段，当然还有一些小的锚段。这要根据具体实际来确定，详细设计如附录1所示。

(2) 曲线区段

对于全补偿链形悬挂，在曲线半径小于1500、曲线长度占锚段长度的50%及其以上时，其锚段长度不得大于1500m，直线区段可以适当加长。在本设计中锚段长度和锚段都可以从CAD图中看到。目前在设计中，规定在计算极限温度下，中心锚结和补偿

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器间的张力差?T不许超过±15%?Tj。Tj代表接触线在补偿器处的张力。

① 吊弦造成的张力增量 取吊弦的长度为c=1.3m，?=0。 当?t?40℃时，

2c800??800?65??15.65?10?3?0?17?10?6?40 ?2?1.3 ??2.407?kN??Tjd?L?L?l?gj???α??t???

当?t??20℃时，

2c800??800?65??15.65?10?3?0?17?10?6???20? ?2?1.3 ?1.203?kN??Tjd?L?L?l?gj???α??t???

② 定位器形成的张力增量

定位器在温度变化时也因接触线产生伸长（或缩短）而沿接触线发生偏转。在直线区段上，由于定位器对接触线张力变化影响小，可以忽略。即?Tjw?0。

③ 吊弦和定位器共同作用所产生的总张力增量

接触线因吊弦和定位器共同作用所产生的总张力增量可以有下式算得 当?t?40℃时，

?TjE?1??Tjd??Tjw2?Tjd??Tjw

3E?S?α??t???2.407?0 ?22.407?01??3124000?120?17?10?6?40?0?kN? ?2.431??当?t??20℃时，

?kN? ?TjE?2.4077

因为±15%?Tj??0.15?20??3kN，所以?TjE<15%?Tj。

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