高速铁路接触网受流质量评价标准的思考和探讨_建筑理论论文 摘要：为了适应我国高速铁路建设和发展的需要，借鉴发达国家高速铁路电气化的发展和运营经验，对我国高速铁路接触网受流质量评价标准提出思考和探讨 关键词：高速铁路、接触网、受流质量、评价标准 一、概述 根据联合国欧洲经济委员会对高速铁路的规定：客运专线300km/h，客货混线250km/h以上的新建铁路称为高速铁路 为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，我国规划“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统到2020年，我国建设客运专线（即高速铁路）1.6万公里 二、发达国家高速电气化铁路的发展 日本在1964年开通了世界上第一条高速铁路——东海道新干线该线接触网采用复链形悬挂，接触线为铜170mm2，张力15KN，运营速度220～240km/h，接触线波动传播速度为335km/h，运营速度与波动传播速度之比β值为0.68在此之后日本又在山阳、东北、上越新干线采用了同样的技术，总架设里程约1200km20世纪90年代初，日本将新干线速度提高到270km/h，接触网仍采用复链形悬挂，接触线改为SnCu170mm2，张力提高为20KN，波动传播速度为414km/h，β值为0.65。
近年来，日本借鉴法国高速铁路模式，拟开发低成本接触悬挂决定在新建的北陆新干线采用简单链形悬挂，接触线和承力索张力均为20KN，接触线为CS110mm2，承力索为TJ150mm2，设计速度为270km/h，波动传播速度提高到525km/h，β值为0.51 法国在1983年9月，建成了巴黎—里昂的东南新干线，全长426km，接触网采用弹性链形悬挂，运行速度为270km/h，接触线为CdCu120mm2，张力14KN，波动传播速度为412km/h，β值为0.66但其在正式运行后的3个月内，发生了2次重大事故，造成导线拉断，接触网损坏20世纪90年代初，法国取消了东南新干线Y型吊弦，采用简单链形悬挂，建成了巴黎—勒芒、图尔的大西洋新干线，全长320km，运行速度为300km/h，接触线为Cu150mm2，张力20KN，波动传播速度为441km/h，β值为0.681993年开通了北大西洋新干线，接触网采用简单链形悬挂，运营速度为300km/h，接触线为锡铜150mm2，张力20KN，波动传播速度为441km/h，β值为0.68 德国在20世纪80年代末期修建了曼海姆—斯图加特的高速铁路，运营速度250km/h，接触网采用弹性悬挂，接触线为银铜120mm2，张力15KN，波动传播速度为426km/h，β值为0.59。
20世纪90年代初，德国建成的高速铁路其最高运营速度可达300～350km/h，接触网仍采用弹性链形悬挂，接触线为镁铜120mm2，张力27KN，波动传播速度为569km/h，β值为0.53～0.62 可以看出，高速铁路接触网不论采用何种悬挂方式，其较为重要的一个技术参数就是无量纲速度β 三、高速铁路接触网受流质量的评价标准 电力机车通过受电弓与接触网的接触取流受电弓通过接触网时，接触网形成复杂的振动，受电弓是振动的激励源，但它的振动幅度和频率又受到接触线的高度、弹性等因素的制约，振动波的传播速度又多次受到接触网本身结构的反射，加之外界风的影响，使振动更加复杂在受流过程中，两者由于机械和电气上的密切关系和相互影响构成了一个完整的振动系统某一方面出现问题都会坡坏正常的受流特性因此有必要规范弓网系统受流质量标准借鉴上述发达国家高速铁路接触网的发展经验及其相关评价标准提出以下几个指标，仅作为我国高速铁路接触网受流质量评价标准的参考 该标准包括静态和动态标准静态标准包括静态弹性及其不均匀系数，静态抬升量及抬升力，安全系数动态标准包括波动传播速度、离线率、动态接触压力、动态抬升量等。
1、受电弓的接触压力 弓网间的接触压力与接触线的高度变化、悬挂特性、线路状态、运行速度等多种因素有关资料表明，在高速运行时，动态接触压力与气流影响的附加动力，机车运行速度、线路振动的角频率ω存在以下关系： FC1=FS+KV2+Mtω2e FC2=FS+KV2-Mtω2e 式中：FC1—受电弓上升时的接触压力； FC2—受电弓下降时的接触压力； FS —受电弓下降时的接触压力； KV2—作用在受电弓上的空气动态分力； Mtω2e—接触线弹性不均匀造成的干扰力； Mt—受电弓的归算质量； e —接触线的波动幅值 这是弓网接触压力的一般公式，由于一个跨距内各点的接触压力不同，常常以接触压力的平均值来评定 式中：Fp—接触压力的平均值； i—采样点； Fi—i处的接触压力 该值以接近静态压力为最好，太大会使弓网磨损加剧；太小会发生离线，影响取流质量，烧伤接触导线和受电弓滑板 为了考虑各点接触压力不同对受流特性的影响，常用接触压力的不均匀系数来衡量： 式中：Fcp—接触压力不均匀系数； i—压力一个变化周期的选择点； Fimax—压力一个变化周期中的上拐点值； Fimin—压力一个变化周期中的下拐点值。
显然，对于一个跨距而言，FCP的值越接近1，表示受流特性越好 从上述公式可知，接触线与受电弓间的动态接触压力及其变化情况是弓网系统受流特性的最终评价标准实践证明，接触线张力越大，动态接触压力变小，更易接近静态压力，弓网受流质量越好 2、离线和离线率 由于接触网振动，或者受电弓受到冲击引起受电弓与接触线暂时脱离的现象称为离线离线时受电弓与接触线之间会形成电弧，电弧可以维持电流的连续性，使电力机车供电不中断，但电弧也会造成滑板和导线磨耗加大当离线过大或者电流太小，使弓网间的电弧不能维持时，还会造成供电中断，使机车丧失牵引力和制动力 （1）离线率 在一个区段内，离线时间与运行时间之比为离线率即： 国际高速铁路的通用标准，离线率控制在10%以下为宜 （2）一次离线的持续时间 受电弓在受流工程中一次脱离接触线的时间控制在100ms以下为宜 3、接触网的弹性 表示接触网弹性有静态弹性系数、动态弹性系数和弹性系数分布不均匀系数静态弹性系数是在接触网下无受电弓运行时单位抬举力引起的接触线抬高值，单位为mm/N动态弹性系数在跨距内各点是不一样的。
因此常用动态弹性系数平均值η和弹性系数分布不均匀系数Ko来表示： 式中：i—采样点； hi—在跨距内i点处接触线的动态抬高量； Fi—在跨距内i点处弓网间的接触压力 式中：ηmax—跨距中的弹性系数； ηmin—悬挂点的弹性系数； Ko越小越有利于改善弓网关系接触网的弹性取决于悬挂类型和接触网的综合张力：提高张力，减少跨距能够降低弹性，采用弹性吊索可以提高定位点的弹性，从两个方面均能降低弹性不均匀度；另外，合理的接触线预留驰度也可以降低受电弓在跨中的抬升量（即降低跨中弹性），从而减少弹性不均匀度 4、接触线的波动传播速度 波动速度和无量纲速度是接触网较为重要的动态评价指标，两者是密切相关的量 在动态受电弓的激励下，接触线所产生的振动波在导线中的传播速度按下式计算： 式中：C—波动传播速度，m/s； Tj—接触线的张力，N； mj—接触线单位长度质量，kg/m 无量纲速度是列车运行速度与波动传播速度之比值计算公式如下： 式中：β—无量纲速度； Vc—列车运行速度； V—接触线波动传播速度。
无量纲速度越小，弓网关系越好，离线越少，适应受电弓的能力越强 根据DIN EN50119规定，接触网适应的最高行车速度必须小于导线波动传播速度的70%，即β＜0.7 上述受流质量的评价标准仅为高速铁路接触网评价标准的一小部分根据我国高速铁路大发展趋势的需要，我们应加快建立和完善高速铁路接触网的设计规范、施工和验收标准，为我国高速铁路发展提供有力保障 参考文献： 于万聚高速电气化铁路接触网成都西南交通大学出版社，2003 于万聚高速接触网受电弓动态受流特性研究[J]铁道学报，1993，（2） 陈开运关于高速受流技术发展的若干问题[J]机车电传动，1992，（3） 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看 。