国际铁路标准高速铁路设计标准供电制定研究(2)

图1 牵引网供电方式

不同国家采用不同的供电方式，中国时速250 km 高铁采用带回流线的直接供电方式或AT 供电方式，时速300 km及以上高铁采用AT 供电方式[8]；德国采用带回流线的直接供电方式；法国采用AT供电方式；日本也采用AT 供电方式。本标准采用举例的方式列举各国供电方式的最佳实践。

2.3 供电方案

供电方案又分为“外部电源供电方案”和“动车组供电方案”。高速铁路普遍采用具有稳定可靠供电能力的外部电源。根据各国实际情况，外部电源可以是公共电网或铁路专用电网。一般国家通常采用公共电网，而德国建立了铁路专用电网，也可满足供电要求。高速铁路通常采用两路电源供电，当一路电源故障时，另一路电源仍可保障正常供电。

动车组供电方案按照分区所设置情况分为单边供电和双边供电。单边供电仅从单侧牵引变电所取电，相邻两牵引变电所间设分区所。单边供电技术实现相对简单，继电保护配置容易实现，已被普遍采用。双边供电需要从相邻的两座牵引变电所同时取电，这就要求两端电源的电压相位、频率波动等基本一致，技术要求更高。目前德国高铁采用双边供电，这与其外部电源采用铁路专用电网相关。

2.4 牵引回流

牵引回流主要包括大地回流、钢轨回流、正馈线或回流线回流。其中钢轨回流会引起钢轨电位升高，对人身和设备带来安全隐患，设计中需要保证钢轨电位满足安全要求。本标准中引用IEC - 1 Railway applications-Fixed installations-Electrical safety, earthing and the return circuit-part 1: Protective provisions against electric shock 中的相关规定[9]，要求牵引供电系统中人体最大允许接触电压长期持续值不高于60 V，瞬时值（0.1 s）不高于785 V。

3 接触网工程

接触网是通过集流装置向动车组提供牵引电能的系统设备，其主要性能体现在良好的电气性能、机械性能、环境适应能力、稳定的空间几何参数和与受电弓的良好匹配关系等方面。接触网的横向结构主要包括支柱和基础、支持装置、定位装置、接触悬挂等；纵向结构主要包括跨距、锚段和锚段关节、中心锚结、下锚张力补偿装置等。以下对其中的重点技术内容进行介绍。

3.1 支柱

支柱是接触网的主要支撑设备，用于安装支持装置，承受接触网的机械负荷。支柱选型通常考虑气候环境、路基断面、桥梁形式等因素，经技术经济比选确定。世界各国高速铁路的接触网支柱类型主要采用钢柱和混凝土柱两种形式。支柱容量根据接触悬挂类型、跨距、所在线路状况及气象条件等综合确定。支柱侧面限界需要满足建筑限界、曲线加宽要求、信号设施或线路标识配合要求、工务维护机械要求、电缆沟槽布置要求等。

3.2 支持和定位

支持装置主要包括腕臂、硬横跨、软横跨和吊柱。支柱腕臂用于固定定位装置和承力索等，腕臂设计应结构简洁、稳定、转动灵活，不得发生塑性变形和滑移。本标准中推荐采用可旋转腕臂结构。

定位装置用于将接触线限定在设计的空间范围内。定位装置由定位管、定位器、定位线夹等组成。本标准中推荐采用铝合金定位器。

3.3 悬挂类型

悬挂类型决定了接触网主体线索结构。世界高速铁路接触网主要采用弹性链形悬挂和简单链形悬挂两种形式，具体见图2。

图2 悬挂类型

弹性链形悬挂和简单链形悬挂的区别在于定位处是否有弹性吊索。接触网悬挂类型根据动车组受电弓设置位置和间距、单双弓情况等因素确定。对于双弓运行动车组，推荐采用弹性链形悬挂。中国高铁普遍采用弹性链形悬挂，时速250 km 高铁也有采用简单链形悬挂[7]；德国采用弹性链形悬挂；法国采用简单链形悬挂；日本早期以复链形悬挂为主，近期也均采用简单链形悬挂。本标准列举了各国高速铁路接触网悬挂类型。

3.4 线索

接触网线索主要包括接触线、承力索和吊弦。本标准推荐接触线、承力索采用铜合金材质。接触线和承力索额定工作张力通过供电计算及弓网仿真计算后确定。各国根据自身实际情况采取了不同的额定工作张力组合，具体见表2。

表2 线索额定工作张力组合国家 速度等级/(km·h-1) 承力索+接触线 额定工作张力/kN 250 20+25 300，350 21+30 或23+28.8 250 15+15 330 21+27 270 14+15 300 14+20 350 20+25 260 19.6+19.6 中国 德国 法国 日本

吊弦由线夹和吊弦线组成，能够保证接触线的平顺性和集流质量。中国和欧洲采用铜合金整体吊弦，日本采用不锈钢吊弦。

文章来源：《电力系统保护与控制》 网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/qikandaodu/2021/0730/971.html