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城市轨道交通概论:接触网结构类型及应用

【摘要】:接触网按其结构可分为架空式和接触轨式,按其悬挂方式又可分为柔性(弹性)接触网和刚性接触网。习惯上,由于接触轨式是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨,故又称第三轨;而采用架空式时,才称为“接触网”。在城市轨道交通中,架空式和接触轨式接触网均有采用。在净空受限的线路和电压等级较多时采用接触轨式接触网。全补偿悬挂是对承力索和接触导线全部实施张力补偿措施。

接触网按其结构可分为架空式和接触轨式,按其悬挂方式又可分为柔性(弹性)接触网和刚性接触网。习惯上,由于接触轨式是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨,故又称第三轨;而采用架空式时,才称为“接触网”。在城市轨道交通中,架空式和接触轨式接触网均有采用。一般地,牵引网电压等级较高时,为了安全和保证一定的绝缘距离,宜采用架空式接触网。在净空受限的线路和电压等级较多时采用接触轨式接触网。

1.架空式

架空式接触网架设在轨道交通线路上方,电动车辆车顶安置受电弓与接触网的导线相接触受电。

图4.18 架空式接触网

1—承力索;2—吊弦;3—接触线;4—弹性吊弦;5—定位管;6—定位器;7—腕臂;
8—棒式绝缘子;9—水平拉杆;10—悬式绝缘子;11—支柱;12—地线;13—钢轨

(1)架空式接触网的组成

架空式接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等部分组成。

①接触悬挂:由承力索、吊弦、接触导线组成,直接与受电弓接触,并能保持良好接触性能;

②支持装置:由腕臂、拉杆和绝缘子组成,支持接触悬挂;

③定位装置:由定位管和定位器组成,保证接触导线与受电弓的相对位置在规定的范围内;

支柱与基础:承受接触悬挂、支持装置和定位装置的负荷,固定接触悬挂高度。

(2)接触网悬挂参数

①跨距L:架空式接触网的接触悬挂是通过沿线布置的支柱或固定装置悬挂于线路上空,支柱与支柱(或固定装置与固定装置)之间的水平距离称为跨距;

②弛度f:在跨距中间位置处,接触导线与相邻悬挂点水平连线的间距;

张力T:接触导线所受的拉力;

④温度t:架空接触网所在地区的气温。气温变高,张力下降,弛度增大。

(3)接触悬挂的下锚方式

对承力索与接触导线而言,经过若干个跨距后,必须在两端加以固定,称为下锚,用于下锚的支柱称为锚柱。接触悬挂的下锚方式分为硬锚和张力补偿两种。

硬锚方式是将承力索和接触导线两端通过绝缘子串死固定在锚柱上。

张力补偿方式是在下锚处,通过加设张力自动调整装置进行下锚,可分为半补偿悬挂和全补偿悬挂。半补偿悬挂是仅对接触导线实施张力补偿方式,承力索仍然采用硬锚方式固定。全补偿悬挂是对承力索和接触导线全部实施张力补偿措施。

张力补偿系统组成:动滑轮、定滑轮、补偿绳(一段固定在锚柱上,一段通过补偿滑轮系于坠坨上),坠坨(质量可调整,调整后固定)。在气温变化时,由于坠坨的作用能使承力索与接触导线保持张力不变,从而使接触导线的弛度保持相对稳定。

(4)接触悬挂的种类

接触悬挂可分为简单悬挂和链形悬挂两类。

①简单悬挂:由一根或几根相互平行的直接固定到支持装置上的接触线所组成的悬挂。其结构简单,投资省,施工方便,维修简单;但弛度大,不易调整,弹性不均,行车速度受限,一般用于车速较低的线路上。

②链形悬挂:接触线通过吊弦(或辅助索)而悬挂到承力索上的悬挂。链形悬挂可以在某一温度下,使接触线处于无弛度状态。链形悬挂大大提高了接触悬挂的弹性和稳定性,使行车速度获得较大的提高,但结构复杂,投资大,施工与维修要求高,调整也比较复杂、困难。

链形悬挂的类型很多,可以按悬挂链数、线索下锚方式、支柱吊弦形式和线索相对位置等特征进行分类。按悬挂链数可分为单链形悬挂、双链形悬挂和多链形悬挂;按线索下锚方式分为未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂;按支柱吊弦形式分为简单链形悬挂和弹性链形悬挂;按线索相对位置分为直链形悬挂、半斜链形悬挂和斜链形悬挂。对城市轨道交通而言,因其运行速度并不太高,列车功率也不太大,多半采用单链形悬挂。

(5)隧道架空式

地下隧道供电接触网的悬挂方式因为外界环境不同,与地面架空式有以下主要不同:

①不需设置支柱,只需将支撑装置设置在洞顶或洞壁即可;

图4.19 接触网链形悬挂

图4.20 直线区段的斜链形悬挂

1—接触线;2—线路中心;3—承力索;4—吊弦

②受隧道断面、净空高的限制,以及带电体对接地体的绝缘距离等因素的限制比较明显。

为满足低净空隧道的要求,一般采用各种刚性悬挂。

图4.21 刚性悬挂安装图(隧道)

2.接触轨式

接触轨式又称为第三轨供电方式,在走行钢轨一侧设置附加的第三轨,电动车辆安装在底部或者侧面的受流器(极)与第三轨接触受电,受流器也可以称为接触靴。

接触轨供电可分为上磨式、下磨式和侧面接触式。

下磨式接触轨面朝下安装,如图4.22所示。其优点是可以加防护罩,对工作人员较为安全。

图4.22 下磨式接触轨效果图

上磨式接触轨(图4.23)固定方便,接触效果良好,但不易加防护罩,接触轨面易污染。无防护罩的带电接触轨(一般均为650~750 V)对工作人员安全有极大威胁。

图4.23 上磨式接触轨(单位:mm)

1—接触轨;2—绝缘肩架;3—橡皮垫;4—扣扳;
5—收紧螺栓;6—肩架;7—垫片;8—螺钉;9—销枕片

侧面接触式是近年来新开发的一种接触轨悬挂方式,在工作上与上磨式相似,接触轨通过的地方需设置工作人员使用的人行道,其他地方设置保护板,以防触电。所有车站的接触轨总是设在远离站台轨道的一边,以减少乘客可能摔落在轨道上触电。

图4.24 侧磨式接触轨安装效果图

接触轨供电方式的特点:由于利用隧道下部侧面安装接触轨供电设备,从而使地下隧道净空高度较低,供电接触网结构简单、造价低、易维修;但其缺点十分明显:人身安全与防火条件均较差,且难以与地面架空式接触网供电的轨道交通线衔接。

3.单轨铁路的接触网

单轨铁路车辆一般采用橡胶轮胎走行轮,因此轨道梁(不管是钢梁还是钢筋混凝土梁)不能形成供电回路。为此,应采用设置送电正线与负馈电线构成回路方式。单轨铁路分为跨坐式和悬挂式两种类型。

图4.25 跨坐式轨道效果图