市域快线隧道内宜采用架空刚性接触网，广州地铁科研人员提出选型建议

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市域快线介于国铁和地铁之间，具有国铁快速、站间距大的特点，也具有地铁客流量大、公交化运营的特点。作为轨道交通列车受流的关键设备，合理的接触网选型是保证轨道交通安全、可靠运行的重要前提之一。

广州地铁设计研究院股份有限公司的研究人员冯超，在2021年第2期《电气技术》上撰文，假设最高运行时速160km/h，结合市域快线的运行特征，对比架空柔性接触网及架空刚性接触网两种方案的优缺点，最终给出了接触网选型建议，推荐市域快线隧道内采用架空刚性接触网。

市域快线跨越中心城区和城郊，介于国铁和地铁之间，总体而言兼顾了高速和高密度的特点，速度快、站间距大、客流量大和运行服务等级高。

市域快线，其建设目的是连接新发展城区和核心城区，缩短城区间的间距，时空目标要求高，速度目标达到160km/h，客流密度大。新发展城区一般距离核心城区较远，所以市域快线距离较长，跨越郊区，车站数较少，站间距大。

由于速度等级高，供电制式选型一般为AC 25kV牵引供电方式。

以广州市轨道交通18号线和22号线为例，两条线跨越广州市天河区、海珠区、荔湾区、番禺区和新发展南沙区，时空目标从南沙到广州东站30min，最高时速160km/h，平均站间距7.6km，全地下敷设，牵引供电系统采用AC 25kV。

1  接触网形式的发展和现状调查

就接触网形式而言，主要有架空柔性接触网、架空刚性接触网和接触轨3种形式。3种形式皆有广泛的应用，技术成熟，目前架空柔性接触网国内高速客运专线设计时速已达到350km/h，国外最高试验速度已达到500km/h；架空刚性接触网目前最高运营速度250km/h，最高试验速度已超过300km/h；而接触轨系统最高运营速度可达160km/h。

市域快线最大运营速度160km/h，由于国内目前还没有适用于接触轨的车辆选型，仅针对架空柔性接触网和架空刚性接触网展开研究。

表1  接触网形式调查表

从表１统计可以看出，无论是架空柔性接触网还是架空刚性接触网在国内外均有应用，具有相关建设及运营经验。

2  架空柔性接触网方案

2.1  悬挂类型及导线组成

架空柔性接触网示意图如图1所示，线材包括接触线、承力索、辅助馈线和回流线等。正线采用全补偿简单链形悬挂方式。载流截面由行车密度、供电方式等因素确定，一般每条正线需架设4到5根导线。支持结构采用绝缘旋转腕臂。

图1  架空柔性接触网示意图

全线采用简单链形悬挂，正线采用承力索+接触线+加强线+回流线组合；正线配线采用承力索+接触线组合。

2.2  主要技术数据

接触线高度的选择应根据机车受电弓的工作高度范围、最佳工作状态和对地的绝缘距离等因素综合确定。接触线悬挂点高度不宜小于5300mm，最低导高不得小于5150mm。

架空柔性接触网结构高度一般为950～1200mm，需根据隧道净空而定。

跨距的选择，需满足最大允许风偏，隧道内主要是活塞风，最大允许风偏不大于450mm，直线段最大跨距55m，曲线段跨距需结合曲线半径而定，市域快线由于速度等级高，线路曲线最小半径一般大于600m，对应跨距最大可选择45m。

拉出值的选择，应结合受电弓碳滑板宽度确定。经调研，AC 25kV受电弓碳滑板宽度一般大于1500mm，考虑到最大允许风偏量和车辆横向振动量，最大拉出值可选择300mm。曲线上拉出值的选取尽量保证导线与受电弓运动轨迹相割。

架空柔性接触网锚段长度，一般情况下不大于1400m，困难情况下不大于1600m。

3  架空刚性接触网方案

3.1  悬挂类型及导线组成

汇流排是刚性接触网的主要部件，主要包括汇流排、汇流排中间接头、汇流排终端、切槽镶嵌式刚柔过渡结构本体等。目前，国内外采用的架空刚性悬挂汇流排主要采用 型形式。

架空刚性接触网示意图如图2所示。线材主要包括接触线和回流线等。由于汇流排本体可以承载电流，因此，可以取消柔性悬挂中的承力索和辅助馈线，使接触网的结构变得简单紧凑，极大地方便运营管理和维修。

图2  架空刚性接触网示意图

全线采用架空“ ”型刚性悬挂，1根汇流排+1根接触线+1根回流线组成；正线配线采用1根汇流排+1根接触线组合。

3.2  主要技术数据

接触线高度同架空柔性接触网，接触线悬挂点高度不宜小于5300mm，最低导高不得小于5150mm。架空刚性接触网安装空间不大于1m。

跨距的选择，相比较于架空柔性接触网，刚性接触网跨距较小，一般为8m。

弓网运行过程中，刚性接触网的偏移忽略不计，拉出值的选择仅考虑车辆横向振动和碳滑板宽度，理论上刚性接触网的拉出值比柔性更大，最大可选择450mm，实际工程中考虑到受电弓的平衡性，一般选择300mm。

锚段关节处，关键点在于两支间距和两支高差，间距越小、合理稳定的高差是追求目标，推荐采用膨胀元件，缩短两支间距，仅有40mm，两支高差也可以保证。

架空刚性接触网锚段长度，主要取决于膨胀元件的补偿量和锚段的伸缩量，采用1m补偿量膨胀元件时，锚段长度可选取624m。

4  方案比选

4.1  运行可靠性

由表2可知，架空柔性接触网零部件种类和数量更多，组成复杂，相比而言架空刚性接触网零部件种类和数量较少。

表2  刚性接触网和柔性接触网对比表

架空柔性接触网通过下锚装置使接触线和承力索带张力，架空刚性接触网不带张力。

架空刚性接触网接触线卡在汇流排内，由于汇流排和接触线无轴向力，断排或断线概率极小，运行可靠性较高。架空柔性接触网，由于结构比较复杂，有可能出现钻弓、烧融、不均匀磨耗以及受电弓故障造成断线故障，所以柔性接触网的可靠性相对较低。

4.2  弓网质量

弓网受流质量是衡量接触网受电弓系统性能的重要指标之一，架空柔性接触网跨距长，接触线驰度大，与受电弓的机械匹配性较强，适用于高速运行线路；架空刚性接触网跨距小，接触线卡在汇流排内，受电弓滑过时上抬量很小，在列车运行达到一定速度时受电弓波动强度大，遇到硬点易发生燃弧。

架空柔性接触网国外采用链形悬挂时列车的最高试验速度已达到500km/h，国内高速客运专线设计时速已达到350km/h；架空刚性接触网国外最高运行速度为250km/h，国内中天山、关角等隧道采用架空刚性悬挂设计最高时速160km/h，已经能够实现最高运行速度为140km/h，目前受流质量良好。

对两种形式的接触网进行仿真实验，最高运行时速160km/h，架空柔性接触网按承力索截面积95mm2、张力12000N，接触线截面积120mm2、张力12000N，得到以下结果，如图3和表3所示。

图3  架空柔性接触网仿真结果

表3  架空柔性接触网方案的接触力统计值

架空刚性接触网，按照截面积2 213mm2汇流排+接触线截面积120mm2的组合，得到结果如图4和表4所示。

从表3和表4可以看出，柔性接触网和刚性接触网均能满足受流质量的要求，架空刚性接触网在锚段关节处有较大波动，架空柔性接触网标准差更大。

图4  架空刚性接触网仿真结果

表4  架空刚性接触网方案的接触力统计值

以上的仿真分析均假设受电弓碳滑板是完好无损的，但在实际过程中由于弹性因素的影响，架空刚性接触网更容易导致受电弓碳滑板的磨耗，造成受电弓磨耗不均匀，从而影响弓网受流质量。而架空柔性接触网下受电弓的磨耗更加均匀，有利于保证弓网受流质量。

4.3  对土建的影响

架空柔性接触网结构高度一般为1 200mm，困难时不小于950mm，再加上绝缘距离至少300mm，安装净空要求不低于1250mm；架空刚性接触网安装结构高度最小为650mm。两种安装形式均能满足隧道净空的条件，架空刚性接触网更节省净空。

架空柔性接触网特点是下锚补偿装置，为不降低受力性能，土建需要局部扩挖，对土建影响较大。

隧道内架空柔性接触网示意图如图5所示。隧道内架空刚性接触网示意图如图6所示。

4.4  运营维护

架空柔性接触网零部件较多，承力索和接触线之间用吊弦固定，接触线直接与受电弓接触振动较多，承力索相对固定，吊弦位于两者之间容易散股断裂。再者，由于导线带张力，允许磨耗量小，需要重点检查，故架空柔性接触网维护量大，维护费用高。

架空刚性接触网结构简单，接触线不带张力，且锚段长度短，事故影响范围小，且刚性接触网本身抗事故能力强，刚度大，稳定性好，接触线的允许磨耗量大，接触悬挂几乎不会偏移，运营巡检频次大大降低，所以架空刚性接触网维护量小，维护费用低。

图5  隧道内架空柔性接触网示意图

图6  隧道内架空刚性接触网示意图

5  结论

架空柔性接触网和架空刚性接触网均能满足市域快线的功能需求，架空柔性接触网的优势在于受电弓磨耗更优，架空刚性接触网的优势在于可靠性和免维护性高。

与架空柔性接触网相比，架空刚性接触网弓网受流质量略差，但也满足要求，通过提高几何参数精度也可以保证较高的受流质量，从全生命周期的角度考虑，可靠性和免维护性是更重要的考虑因素，尤其是公交化运营特性的市域快线，推荐市域快线隧道采用架空刚性接触网。

本文编自2021年第2期《电气技术》，论文标题为“市域快线隧道内接触网选型研究”，作者为冯超。