電氣化鐵路常用的兩種供電網絡方式

軌道交通技術中接觸網主要包含以下幾項內容：1.基礎構件，如水泥支柱、鋼柱及支撐這些結構物的基礎；2.基礎安裝結構件，這項內容的作用主要是連接接觸網導線和基礎構件；3.接觸網導線，這部分作用就是傳輸電流給電力機車；4.其他輔助構件，包括回流線、附加懸掛等。接觸網、鋼軌與大地、回流線統稱為牽引網。

一、 簡介

接觸網(Overhead lines)是電氣化鐵路常用的兩種供電網絡方式之一（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***地區也稱為高架電纜或架空電纜。

組成

接觸網是沿鐵路線上空架設的向電力機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車。

支持裝置用以支持接觸懸掛，并將其負荷傳給支柱或其它建筑物。地鐵列車根據接觸網所在區間、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行軌跡范圍內，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱。

支柱與基礎用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將接觸懸掛固定在規定的位置和高度上。中國接觸網中采用預應力鋼筋混凝土支柱和鋼柱，基礎是對鋼支柱而言的，即鋼支柱固定在下面的鋼筋混凝土制成的基礎上，由基礎承受支柱傳給的全部負荷，并保證支柱的穩定性。預應力鋼筋混凝土支柱與基礎制成一個整體，下端直接埋入地下。

電壓等級

接觸網的電壓等級：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電壓一般為直流750V或1500V。

二、類型

接觸網的分類

大多以接觸懸掛的類型來區分。我們所講的接觸懸掛的分類是對接觸網的每個錨段而言的。接觸懸掛的種類較多，一般根據其結構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。國內外對簡單懸掛做了不少研究和改進。中國現采用的帶補償裝置的彈性簡單懸掛系在接觸線下錨處裝設了張力補償裝置，以調節張力和弛度的變化。在懸掛點上加裝8～16m長的彈性吊索，通過彈性吊索懸掛接觸線，這就減少了懸掛點處產生的硬點，改善了取流條件。另外跨距適當縮小，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，利用調整吊弦長度，使接觸線在整個跨距內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，提高了穩定性，可以滿足電力機車高速運行取流的要求。

鏈形懸掛比簡單懸掛得到了較好的性能，但也帶來了結構復雜、造價高、施工和維修任務量大等許多問題。

鏈形懸掛分類方法較多，按懸掛鏈數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償鏈形懸掛、半補償鏈形懸掛、全補償鏈形懸掛。

三、技術要求

接觸網的特點及要求

接觸網擔負著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機車使用的重要任務。因此接觸網的質量和工作狀態將直接影響著電氣化鐵道的運輸能力。

接觸網

由于接觸網是露天設置，沒有備用，線路上的負荷又是隨著電力機車的運行而沿接觸線移動和變化的，對接觸網提出以下要求：

1．在高速運行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機車正常取流，要求接觸網在機械結構上具有穩定性和足夠的彈性。

2．接觸網設備及零件要有互換性，應具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力并盡量延長設備的使用年限。

3．要求接觸網對地絕緣好，安全可靠。

4．設備結構盡量簡單，便于施工，有利于運營及維修。在事故情況下，便于搶修和迅速恢復送電。

5．盡可能地降低成本，特別要注意節約有色金屬及鋼材。

總的來說，要求接觸網無論在任何條件下，都能保證良好地供給電力機車電能，保證電力機車在線路上安全，高速運行，并在符合上述要求的情況下，盡可能地節省投資、結構合理、維修簡便、便于新技術的應用。

支柱及基礎

支柱裝置用以支持接觸懸掛，并將其負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備。

支柱是接觸網中最基本、應用最廣泛的支撐設備，用來承受接觸懸掛與支持設備的負荷。接觸網支柱，按其使用材質分為預應力鋼筋混凝土支柱和鋼支柱兩大類。

預應力鋼筋混凝土支柱，簡稱為鋼筋混凝土支柱采用高強度的鋼筋，在制造時預先使鋼筋產生拉力，它比普通鋼筋混凝土支柱在同等容量情況下節省鋼材、強度大、支柱輕等優點。鋼筋混凝土支柱本身是一個整體結構，不需另制基礎。

鋼柱以角鋼焊成架結構，具有支柱較輕、強度高、抗碰撞、安裝運輸方便等優點。根據安裝使用地點不同，鋼柱的型號規格及外形結構也不同。

支柱按其在接觸網中的作用可分為中間支柱、轉換支柱、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

中間支柱在區間和站場都廣泛的應用，布置于兩相鄰的錨段關節之間，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、接觸懸掛的風負荷和導線因改變方向而產生的水平分力。

錨柱

在接觸網錨段關節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）進行下錨、固定。

它能承受兩個方向的負荷，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。

轉換支柱

轉換支柱用于接觸網錨段關節的兩錨柱之間，它同時支撐兩支接觸懸掛，其中一支為工作支，另一支為下錨支（也稱非工作支），電力機車受電弓在此兩柱之間進行錨段轉換。根據錨段關節是否起電分段的作用，轉換柱分為絕緣轉換柱和非絕緣轉換柱。

轉換支柱承受工作支、非工作支接觸懸掛及其支持裝置的重力、兩支接觸懸掛的風負荷和導線（接觸懸掛）因改變方向而產生的水平分力。

中心支柱

中心支柱位于四跨絕緣錨段關節內兩轉換柱之間，它同時支撐兩個工作支接觸懸掛，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、兩支接觸懸掛的風負荷和導線因改變方向而產生的水平分力。

定位支柱

定位支柱 是 指當接觸線和承力索由于某種原因對線路中心偏移過大時，為了保證電力機車受電弓正常接觸取流而專門設立的支柱。它不承受接觸懸掛的垂直負荷，僅承受水平力其定位作用。一般設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域內能滿足受電弓工作要求而設。它同時承受兩支接觸懸掛及兩支接觸懸掛的風負荷和水平力。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行軌跡范圍內，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱，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阻抗，降低電壓損耗和能耗。

承力索根據材質可分為銅承力索、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。

在鏈形懸掛中安設吊弦，使每個跨距中在不增加支柱的情況下，增加了對接觸線的懸掛點，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量。另外，通過調節吊弦的長度來調整，保證接觸線對軌面的高度，使其符合技術要求。

吊弦有普通吊弦和整體吊弦，普通環節吊弦以直徑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，一般由兩段構成，中間增加調節螺扣，方便長度調節，現在普遍采用軟銅鉸線載流整體吊弦，有可調節和一次壓死兩種形式，吊弦兩端均有載流環。高速普遍采用壓死不可調整體吊弦，這樣可增加系統的穩定性。

導線

接觸網導線也稱為電車線，是接觸網中重要的組成部分之一。電力機車運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滿足牽引供電計算的要求。

接觸線一般制成兩側帶溝槽的圓柱狀，其溝槽為便于安裝線夾并按技術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，后面的數字表示該型銅接觸線的截面積。近年來中國也引進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。以鋁面作為導電部分，與受電弓滑板接觸磨擦的是鋼面，既保證了導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量于銅接觸線的截面積。

現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

接觸網供電方式有單邊、雙邊供電和越區供電。

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。

越區供電是一種非正常供電方式（也稱事故供電方式）。

越區供電是當某一牽引變電所因故障不能正常供電時，故障變電所擔負的供電臂，經開關設備成分區亭同相鄰的供電臂接通，由相鄰牽引變電所進行臨時供電。

復線區段的供電情況與上述類同，但牽引變電所饋出線有四條，分別向兩側上、下行接觸網供電。牽引變電所同一側上、下行實現并聯供電，提高供電臂末端電壓。越區供電時，通過分區亭內的開關設備去實現。

支柱的側面限界

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

支柱側面限界任何時候不得小于2440mm；機車走行線可降為2000mm；曲線區段適當加寬；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，為便于旅客行走，一般取為3000mm。

導線高度

接觸網導線高度（簡稱導高），是指懸掛定位點處接觸線距軌面的垂直高度，設計規范規定如下：

最高高度：不大于6500mm。

最低高度：（1）區間、站場：①一般中間站和區間不小于5700mm。②編組站、區段站及配有調車組的大型中間站，一般情況不小于6200mm。確有困難時可不小于5700mm。（2）隧道內（包括按規定降低高度的隧道口外及跨線建筑物范圍內）：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行線路架設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和裝在車上的受流器向電力機車或電動車輛供電。通常要求接觸網在任何氣象因素（冰、風、雨、雪等）和最大運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。

根據供電對象不同，接觸網分為架空懸掛和接觸軌（第三軌）兩種基本形式。架空懸掛式接觸網又可按其縱向索線的數目和特點，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車專用線上；后者接觸導線縱向有張力調節裝置，并使用承力索、吊弦和彈性吊弦，使接觸導線在不同溫度下都處于無弛度狀態。

鐵道干線常用的架空鏈形懸掛式接觸網如圖所示。圖中1和2是立于路側的接觸網支柱及其基礎，通常由金屬和預應力鋼筋混凝土做成，用來懸掛接觸網。

接觸網

為了維修方便、縮短斷線故障范圍并進行不同溫度下懸掛的張力補償，接觸網懸掛分成獨立的錨段（即區段），每個錨段的中部設有中心錨結，使懸掛不能縱向移動，而兩端則有重力式張力調節裝置（圖中未繪出），在不同溫度下，可保持接觸網的張力一定。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，使接觸導線穩定地懸掛于線路的上方。圖中5、6、7、8分別為承力索、吊弦、彈性吊弦和接觸導線，12為受流器，又稱受電弓。為了避免接觸導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，接觸導線在直線區段均布置成之字形，即使在最強烈的風力下，導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荷較為平衡，接觸網還設有分段裝置，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節；相分段裝置用六跨和八跨式絕緣錨段關節。這些裝置比較復雜，無電區長且投資大。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，使兩區段間的過渡區縮短到只需十幾米。

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，用絕緣支架架設一條離地約400毫米高的第三軌。第三軌由高導電率的特殊軟鋼制成，地鐵電動車輛通過安裝在它側面的受流器（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，由于地下和地面聯運以及接觸網電壓上升到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，再通過裝在動車頂上的受電弓獲得電能。