電氣化鐵路常用的兩種供電網(wǎng)絡(luò)方式

軌道交通技術(shù)中接觸網(wǎng)主要包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容：1.基礎(chǔ)構(gòu)件，如水泥支柱、鋼柱及支撐這些結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)；2.基礎(chǔ)安裝結(jié)構(gòu)件，這項(xiàng)內(nèi)容的作用主要是連接接觸網(wǎng)導(dǎo)線和基礎(chǔ)構(gòu)件；3.接觸網(wǎng)導(dǎo)線，這部分作用就是傳輸電流給電力機(jī)車；4.其他輔助構(gòu)件，包括回流線、附加懸掛等。接觸網(wǎng)、鋼軌與大地、回流線統(tǒng)稱為牽引網(wǎng)。

一、 簡介

接觸網(wǎng)(Overhead lines)是電氣化鐵路常用的兩種供電網(wǎng)絡(luò)方式之一（也是公交無軌電車唯一的供電方式）；另外一種供電方式是第三軌供電。

在不同的國家和地區(qū)有不同的稱謂：

-Overhead contact system (OCS)—Europe, except UKand Spain

-Overhead line equipment (OLE or OHLE)—UK

-Overhead equipment (OHE) — UK, India, Pakistanand Malaysia

-Overhead wiring (OHW)—Australia

-Catenary—United States, India, UK, Singapore (NorthEast MRT Line), Canada, France (french:Caténaire) andSpain.

在我國香港和***地區(qū)也稱為高架電纜或架空電纜。

組成

接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎(chǔ)幾部分組成。

接觸懸掛包括接觸線、吊弦、承力索以及連接零件和絕緣子。接觸懸掛通過支持裝置架設(shè)在支柱上，其功用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機(jī)車。

支持裝置用以支持接觸懸掛，并將其負(fù)荷傳給支柱或其它建筑物。地鐵列車根據(jù)接觸網(wǎng)所在區(qū)間、站場和大型建筑物而有所不同。支持裝置包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。

定位裝置包括定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負(fù)荷傳給支柱。

支柱與基礎(chǔ)用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負(fù)荷，并將接觸懸掛固定在規(guī)定的位置和高度上。中國接觸網(wǎng)中采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱和鋼柱，基礎(chǔ)是對鋼支柱而言的，即鋼支柱固定在下面的鋼筋混凝土制成的基礎(chǔ)上，由基礎(chǔ)承受支柱傳給的全部負(fù)荷，并保證支柱的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱與基礎(chǔ)制成一個(gè)整體，下端直接埋入地下。

電壓等級

接觸網(wǎng)的電壓等級：25KV到30KV之間（對地而言）單相工頻交流電，對電力機(jī)車電壓均為：25KV?？紤]電壓損耗，牽引變電所輸出電壓為：27.5KV或55KV，其中55KV為AT供電方式，主要用于高速電氣化鐵路中。城市軌道交通的接觸網(wǎng)電壓一般為直流750V或1500V。

二、類型

接觸網(wǎng)的分類

大多以接觸懸掛的類型來區(qū)分。我們所講的接觸懸掛的分類是對接觸網(wǎng)的每個(gè)錨段而言的。接觸懸掛的種類較多，一般根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同分成簡單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩大類。

簡單接觸懸掛

（以下簡稱簡單懸掛）系由一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。國內(nèi)外對簡單懸掛做了不少研究和改進(jìn)。中國現(xiàn)采用的帶補(bǔ)償裝置的彈性簡單懸掛系在接觸線下錨處裝設(shè)了張力補(bǔ)償裝置，以調(diào)節(jié)張力和弛度的變化。在懸掛點(diǎn)上加裝8～16m長的彈性吊索，通過彈性吊索懸掛接觸線，這就減少了懸掛點(diǎn)處產(chǎn)生的硬點(diǎn)，改善了取流條件。另外跨距適當(dāng)縮小，增大接觸線的張力去改善弛度對取流的影響。

鏈形懸掛的接觸線

通過吊弦懸掛在承力索上。承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點(diǎn)，利用調(diào)整吊弦長度，使接觸線在整個(gè)跨距內(nèi)對軌面的距離保持一致。鏈形懸掛減小了接觸線在跨距中間的弛度，改善了彈性，增加了懸掛重量，提高了穩(wěn)定性，可以滿足電力機(jī)車高速運(yùn)行取流的要求。

鏈形懸掛比簡單懸掛得到了較好的性能，但也帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、施工和維修任務(wù)量大等許多問題。

鏈形懸掛分類方法較多，按懸掛鏈數(shù)的多少可分為單鏈形，雙鏈形和多鏈形（又稱三鏈形）。目前中國采用單鏈形懸掛。

鏈形懸掛根據(jù)線索的錨定方式（即線索兩端下錨的方式），可分為下列幾種方式未補(bǔ)償鏈形懸掛、半補(bǔ)償鏈形懸掛、全補(bǔ)償鏈形懸掛。

三、技術(shù)要求

接觸網(wǎng)的特點(diǎn)及要求

接觸網(wǎng)擔(dān)負(fù)著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機(jī)車使用的重要任務(wù)。因此接觸網(wǎng)的質(zhì)量和工作狀態(tài)將直接影響著電氣化鐵道的運(yùn)輸能力。

接觸網(wǎng)

由于接觸網(wǎng)是露天設(shè)置，沒有備用，線路上的負(fù)荷又是隨著電力機(jī)車的運(yùn)行而沿接觸線移動和變化的，對接觸網(wǎng)提出以下要求：

1．在高速運(yùn)行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機(jī)車正常取流，要求接觸網(wǎng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)定性和足夠的彈性。

2．接觸網(wǎng)設(shè)備及零件要有互換性，應(yīng)具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力并盡量延長設(shè)備的使用年限。

3．要求接觸網(wǎng)對地絕緣好，安全可靠。

4．設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡單，便于施工，有利于運(yùn)營及維修。在事故情況下，便于搶修和迅速恢復(fù)送電。

5．盡可能地降低成本，特別要注意節(jié)約有色金屬及鋼材。

總的來說，要求接觸網(wǎng)無論在任何條件下，都能保證良好地供給電力機(jī)車電能，保證電力機(jī)車在線路上安全，高速運(yùn)行，并在符合上述要求的情況下，盡可能地節(jié)省投資、結(jié)構(gòu)合理、維修簡便、便于新技術(shù)的應(yīng)用。

支柱及基礎(chǔ)

支柱裝置用以支持接觸懸掛，并將其負(fù)荷傳給支柱或其它建筑物。支持裝置包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。

支柱是接觸網(wǎng)中最基本、應(yīng)用最廣泛的支撐設(shè)備，用來承受接觸懸掛與支持設(shè)備的負(fù)荷。接觸網(wǎng)支柱，按其使用材質(zhì)分為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱和鋼支柱兩大類。

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱，簡稱為鋼筋混凝土支柱采用高強(qiáng)度的鋼筋，在制造時(shí)預(yù)先使鋼筋產(chǎn)生拉力，它比普通鋼筋混凝土支柱在同等容量情況下節(jié)省鋼材、強(qiáng)度大、支柱輕等優(yōu)點(diǎn)。鋼筋混凝土支柱本身是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，不需另制基礎(chǔ)。

鋼柱以角鋼焊成架結(jié)構(gòu)，具有支柱較輕、強(qiáng)度高、抗碰撞、安裝運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)安裝使用地點(diǎn)不同，鋼柱的型號規(guī)格及外形結(jié)構(gòu)也不同。

支柱按其在接觸網(wǎng)中的作用可分為中間支柱、轉(zhuǎn)換支柱、中心支柱、錨柱、定位支柱道岔支柱、軟橫跨支柱、硬橫跨支柱及橋梁支柱等幾種。

中間支柱

中間支柱在區(qū)間和站場都廣泛的應(yīng)用，布置于兩相鄰的錨段關(guān)節(jié)之間，支撐一支工作支接觸懸掛。它承受一支工作支接觸懸掛及其支持裝置的重力、接觸懸掛的風(fēng)負(fù)荷和導(dǎo)線因改變方向而產(chǎn)生的水平分力。

錨柱

在接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)處或其他接觸懸掛下錨地方采用錨柱。錨柱在垂直線路方向上起中間柱的作用，即支撐工作支接觸懸掛；在平行線路方向上，對需要下錨的非工作支接觸懸掛（即下錨支接觸懸掛）進(jìn)行下錨、固定。

它能承受兩個(gè)方向的負(fù)荷，在垂直線路方向起中間支柱的作用，在順線路方向，承受接觸懸掛下錨的全部拉力。

轉(zhuǎn)換支柱

轉(zhuǎn)換支柱用于接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)的兩錨柱之間，它同時(shí)支撐兩支接觸懸掛，其中一支為工作支，另一支為下錨支（也稱非工作支），電力機(jī)車受電弓在此兩柱之間進(jìn)行錨段轉(zhuǎn)換。根據(jù)錨段關(guān)節(jié)是否起電分段的作用，轉(zhuǎn)換柱分為絕緣轉(zhuǎn)換柱和非絕緣轉(zhuǎn)換柱。

轉(zhuǎn)換支柱承受工作支、非工作支接觸懸掛及其支持裝置的重力、兩支接觸懸掛的風(fēng)負(fù)荷和導(dǎo)線（接觸懸掛）因改變方向而產(chǎn)生的水平分力。

中心支柱

中心支柱位于四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)兩轉(zhuǎn)換柱之間，它同時(shí)支撐兩個(gè)工作支接觸懸掛，并使兩工作支接觸線在此柱定位處等高，且使兩支接觸懸掛間保持規(guī)定的絕緣距離。

中心支柱承受兩工作支接觸懸掛及其支持裝置的重力、兩支接觸懸掛的風(fēng)負(fù)荷和導(dǎo)線因改變方向而產(chǎn)生的水平分力。

定位支柱

定位支柱 是 指當(dāng)接觸線和承力索由于某種原因?qū)€路中心偏移過大時(shí)，為了保證電力機(jī)車受電弓正常接觸取流而專門設(shè)立的支柱。它不承受接觸懸掛的垂直負(fù)荷，僅承受水平力其定位作用。一般設(shè)在車站靠近軟橫跨處及站場曲線處。

道岔支柱

道岔支柱位于道岔處，為保證接觸懸掛在道岔區(qū)域內(nèi)能滿足受電弓工作要求而設(shè)。它同時(shí)承受兩支接觸懸掛及兩支接觸懸掛的風(fēng)負(fù)荷和水平力。一般以中間柱代用。

軟橫跨支柱、硬橫跨柱

用于軟橫跨上，多用于站場上，由于受力較大，多選用容量較大的支柱，跨越五股道及以下的用鋼筋混凝土支柱，以上的用鋼柱。

定位裝置

定位裝置包括定位管和定位器。其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負(fù)荷傳給支柱，定位器有直管定位器、彎管定位器。提速后采用帶減振阻尼裝置的多功能定位器，改善了受電弓的取流特性。

承力索

接觸網(wǎng)承力索的作用是通過吊弦將接觸線懸掛起來。承力索還可承載一定電流來減小牽引網(wǎng)阻抗，降低電壓損耗和能耗。

承力索根據(jù)材質(zhì)可分為銅承力索、鋼承力索、鋁包鋼承力索。

鋼承力索需采取防腐措施。

吊弦

在鏈形懸掛中，接觸線通過吊弦懸掛在承力索上。按其使用位置是在跨距中、軟橫跨上或隧道內(nèi)有不同的吊弦類型，吊弦是鏈形懸掛中的重要組成部件之一。

在鏈形懸掛中安設(shè)吊弦，使每個(gè)跨距中在不增加支柱的情況下，增加了對接觸線的懸掛點(diǎn)，這樣使接觸線的弛度和彈性均得到改善，提高了接觸線工作質(zhì)量。另外，通過調(diào)節(jié)吊弦的長度來調(diào)整，保證接觸線對軌面的高度，使其符合技術(shù)要求。

吊弦有普通吊弦和整體吊弦，普通環(huán)節(jié)吊弦以直徑4mm（一般稱為8號鐵線）的鍍鋅鐵線制成。整體吊弦種類也比較多，老的整體吊弦采用不銹鋼直吊弦，一般由兩段構(gòu)成，中間增加調(diào)節(jié)螺扣，方便長度調(diào)節(jié)，現(xiàn)在普遍采用軟銅鉸線載流整體吊弦，有可調(diào)節(jié)和一次壓死兩種形式，吊弦兩端均有載流環(huán)。高速普遍采用壓死不可調(diào)整體吊弦，這樣可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

導(dǎo)線

接觸網(wǎng)導(dǎo)線也稱為電車線，是接觸網(wǎng)中重要的組成部分之一。電力機(jī)車運(yùn)行中其受電弓滑板直接與接觸摩擦，并從接觸線上獲得電能。性能、接觸線截面積的選擇應(yīng)滿足牽引供電計(jì)算的要求。

接觸線一般制成兩側(cè)帶溝槽的圓柱狀，其溝槽為便于安裝線夾并按技術(shù)要求懸吊固定接觸線位置而又不影響受電弓滑板的滑行取流。接觸線下面與受電弓滑板接觸的部分呈圓弧狀，稱為接觸線的工作面。

中國采用的銅接觸線多為TCG-110和TCG-85兩種型號，其字母T表示銅材，C表示電車線，G表示帶溝槽形式，后面的數(shù)字表示該型銅接觸線的截面積。近年來中國也引進(jìn)使用日本的銅接觸線。

中國研制和使用了鋼鋁接觸線。鋼鋁接觸線以鋁和鋼兩種金屬壓接制成。以鋁面作為導(dǎo)電部分，與受電弓滑板接觸磨擦的是鋼面，既保證了導(dǎo)電性能又提高了工作面的耐磨性，中國采用的鋼鋁接觸線有GLCA100/215和GLCB80/173兩種型號。字母GLC表示鋼鋁電車線，A、B表示線型，后面分式中，分母表示該型鋼鋁接觸線的截面積，分子表示該型鋼鋁接觸線的載流量當(dāng)量于銅接觸線的截面積。

現(xiàn)在中國主要采用銅銀接觸線，代表型號有CTHA-85,CTHA-110，CTHA-120等，新建高速也開始采用銅鎂合金接觸線。

供電方式

接觸網(wǎng)供電方式有單邊、雙邊供電和越區(qū)供電。

單邊和雙邊供電為正常的供電方式。

單邊供電：供電臂只從一端的變電所取得電流的供電方式。

雙邊供電：供電臂從兩端相鄰的變電所取得電流的供電方式。

越區(qū)供電是一種非正常供電方式（也稱事故供電方式）。

越區(qū)供電是當(dāng)某一牽引變電所因故障不能正常供電時(shí)，故障變電所擔(dān)負(fù)的供電臂，經(jīng)開關(guān)設(shè)備成分區(qū)亭同相鄰的供電臂接通，由相鄰牽引變電所進(jìn)行臨時(shí)供電。

復(fù)線區(qū)段的供電情況與上述類同，但牽引變電所饋出線有四條，分別向兩側(cè)上、下行接觸網(wǎng)供電。牽引變電所同一側(cè)上、下行實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電，提高供電臂末端電壓。越區(qū)供電時(shí)，通過分區(qū)亭內(nèi)的開關(guān)設(shè)備去實(shí)現(xiàn)。

支柱的側(cè)面限界

接觸網(wǎng)支柱的側(cè)面限界是指支柱靠線路一側(cè)至線路中心線的距離。它是為了確保行車的安全。

支柱側(cè)面限界任何時(shí)候不得小于2440mm；機(jī)車走行線可降為2000mm；曲線區(qū)段適當(dāng)加寬；直線中間支柱一般取為2500mm；軟橫跨支柱一般取為3000mm；軟橫跨支柱位于站臺時(shí)，為便于旅客行走，一般取為3000mm。

導(dǎo)線高度

接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度（簡稱導(dǎo)高），是指懸掛定位點(diǎn)處接觸線距軌面的垂直高度，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定如下：

最高高度：不大于6500mm。

最低高度：（1）區(qū)間、站場：①一般中間站和區(qū)間不小于5700mm。②編組站、區(qū)段站及配有調(diào)車組的大型中間站，一般情況不小于6200mm。確有困難時(shí)可不小于5700mm。（2）隧道內(nèi)（包括按規(guī)定降低高度的隧道口外及跨線建筑物范圍內(nèi)）：①正常情況（帶電通過5300mm超限貨物）不小于5700mm。②困難情況（帶電通過5300mm超限貨物）不小于5650mm。③特殊情況不小于5250mm。接觸線高度的允許施工偏差為±30mm。

其他知識

沿電氣化鐵路、城市交通電動車輛運(yùn)行線路架設(shè)的特殊形式的供電線路。來自牽引變電所的電能通過接觸網(wǎng)和裝在車上的受流器向電力機(jī)車或電動車輛供電。通常要求接觸網(wǎng)在任何氣象因素（冰、風(fēng)、雨、雪等）和最大運(yùn)行速度下能保證安全供電，并有良好的耐磨、抗腐蝕、電損耗小等性能。

根據(jù)供電對象不同，接觸網(wǎng)分為架空懸掛和接觸軌（第三軌）兩種基本形式。架空懸掛式接觸網(wǎng)又可按其縱向索線的數(shù)目和特點(diǎn)，分為簡單懸掛和鏈形懸掛兩種。前者弛度大、懸掛彈性不均勻，主要用在電車或工礦機(jī)車專用線上；后者接觸導(dǎo)線縱向有張力調(diào)節(jié)裝置，并使用承力索、吊弦和彈性吊弦，使接觸導(dǎo)線在不同溫度下都處于無弛度狀態(tài)。

鐵道干線常用的架空鏈形懸掛式接觸網(wǎng)如圖所示。圖中1和2是立于路側(cè)的接觸網(wǎng)支柱及其基礎(chǔ)，通常由金屬和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土做成，用來懸掛接觸網(wǎng)。

接觸網(wǎng)

為了維修方便、縮短斷線故障范圍并進(jìn)行不同溫度下懸掛的張力補(bǔ)償，接觸網(wǎng)懸掛分成獨(dú)立的錨段（即區(qū)段），每個(gè)錨段的中部設(shè)有中心錨結(jié)，使懸掛不能縱向移動，而兩端則有重力式張力調(diào)節(jié)裝置（圖中未繪出），在不同溫度下，可保持接觸網(wǎng)的張力一定。圖中3和4是腕臂式支持裝置和絕緣子,它們和定位肩架9、棒式絕緣子10、定位管11一起，使接觸導(dǎo)線穩(wěn)定地懸掛于線路的上方。圖中5、6、7、8分別為承力索、吊弦、彈性吊弦和接觸導(dǎo)線，12為受流器，又稱受電弓。為了避免接觸導(dǎo)線對受流器滑板的集中磨耗，以提高滑板的使用壽命，并使滑板的受磨部位較為均勻，接觸導(dǎo)線在直線區(qū)段均布置成之字形，即使在最強(qiáng)烈的風(fēng)力下，導(dǎo)線的偏移也不超出受電弓滑板的工作范圍。為了減小故障范圍、便于檢修以及使各相負(fù)荷較為平衡，接觸網(wǎng)還設(shè)有分段裝置，即所謂電分段裝置和電分相裝置。早期采用的電分段裝置用四跨錨段關(guān)節(jié)；相分段裝置用六跨和八跨式絕緣錨段關(guān)節(jié)。這些裝置比較復(fù)雜，無電區(qū)長且投資大。70年代以來中國利用玻璃鋼等材料，造出多種形式的分段絕緣器和分相絕緣器，使兩區(qū)段間的過渡區(qū)縮短到只需十幾米。

地下鐵道由于凈空限制，一般采用第三軌，即在行車軌道的一側(cè)，用絕緣支架架設(shè)一條離地約400毫米高的第三軌。第三軌由高導(dǎo)電率的特殊軟鋼制成，地鐵電動車輛通過安裝在它側(cè)面的受流器（接觸靴），與第三軌摩擦接觸而獲得電能。中國北京的地鐵和世界一些國家的地鐵都采用第三軌受電。70年代前后，有些國家建設(shè)的地鐵以及80年代開始籌建的中國上海地鐵，由于地下和地面聯(lián)運(yùn)以及接觸網(wǎng)電壓上升到1500伏等原因，均采用較為安全并可充分利用隧道圓形截面頂部空間的架空接觸網(wǎng)，再通過裝在動車頂上的受電弓獲得電能。