《运营环境与设计条》PPT课件.ppt

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1、第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.1高速接触网的运营环境及期设计要求,（1）三高（高速度、高密度、高温差）（2）三大（电流大、张力大、空气阻力大）（3）三强（强电磁、强振动、强噪音）这样的运营环境对接触网有什么样的要求？,1高速接触网的运营环境,2对接触网设计的总体要求,依据相关设计标准使接触网达到以下技术要求：安全运营方面：满足安全规程要求；机械上不出现打弓、脱弓、钻弓现象，弓网接触良好、安全；电气上受流平稳、离线率低，供电灵活安全，绝缘符合规范。环境影响方面：噪音在标准允许范围以内，系统满足电磁兼容技术要求。弓网磨耗方面：使用寿命长、弓网磨耗能满足设计的使用寿命，关系良好。性价比

2、方面：设计遵循规范，投资成本最小、维护费用最低，零部件防腐性能强。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.1高速接触网的运营环境及期设计要求,2对接触网设计的总体要求,机械方面，张力和弛度是决定性的最基本的设计要求，波动速度电气方面，电压和电流是决定性的最基本的设计要求，载流容量接触网的载流容量是除标称电流外的一个重要参数。它能决定允许的临时过载能力和短路能力。沿线路上任一点的电压都不能超过电压允许范围，即使是短时超限都不允许。绝缘配合包括试验电压、交流50Hz绝缘水平、绝缘子电爬距以及带电体和接地体之间的净空。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.1高速接触网的运营环境及期设计

3、要求,2接触网设计的总体要求,高速客专设计标准由以下因素决定：在设计的接触线磨耗和受电弓通过次数条件下，达到所要求的寿命；设备的可靠性和设备少维护要求而所需的维护工作；电气设计及机械设计的安全条件。净空标准是接触网设计中很重要的一个部分，因为任何类型的零部件都不能超出规定的净空。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.1高速接触网的运营环境及期设计要求,1.2接触网设计的主要内容,1环境条件的确定环境条件包括以下内容：温度范围：德国为 30 到+40 C日本：分三个区，40 到+40 C地震条件雷电影响最大运行风速和最大结构风速：35m/s；50m/s。（日本和欧标均采用此值）高温时的最

4、小风速附加冰负载及最大覆冰时的风速空气污染,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,1环境条件的确定隧道里的温度该温度范围对张力补偿装置的空间要求有一定的影响，从而对隧道的限界也有影响。在德国，设计基础为考虑隧道内温度与隧道外温度一致。但是，对新隧道超过3年的温度测量表明隧道内外的温度有着很大的差异。在隧道的从南到北、从东到西方向的0 m,200 m,500 m和1 000 m处进行了测量，结果为：-0 500 m-30+40 C(与地面段相近)-500 1 000 m-20+30 C-over 1 000 m-10+25 C中国隧道内温度：锚段有一部分在外，按外部

5、温度计算，全部位于隧道内按隧道内计算；隧道内最高气温比外界低10 C，最低气温比外界高5 C,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,2 接触网和受电弓之间的几何参数确定 导高、拉出值、接触线坡度、弛度、抬升量、摆动量、跨距、线岔位置。它是用来规定受电弓在接触线上的水平和垂直移动的。水平位置的确定，要考虑静态值以及由于列车摆动和风偏引起的动态值，垂直位置的确定，要预测受电弓通过和其它不能预测条件引起的抬升量。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,2 接触网和受电弓之间的几何参数确定 导高、拉出值、接触线坡度、弛度、抬升量、摆动量、跨距、线岔位置。它是用来规定受电

6、弓在接触线上的水平和垂直移动的。水平位置的确定，要考虑静态值以及由于列车摆动和风偏引起的动态值，垂直位置的确定，要预测受电弓通过和其它不能预测条件引起的抬升量。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,3 参数计算与设备选型,设计类计算,气象条件的确定；各类负载计算；跨距和锚段许可长度计算；各类线索的安装曲线计算；接触线载流截面积计算。（划归供电计算）,施工类计算,整体吊弦和弹性吊索长度计算；腕臂装配计算；硬横跨长度和强度计算；软横跨预制计算；,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,3 参数计算与设备选型,支柱稳定性校验、基础抗倾覆能力

7、校验、腕臂强度校验、反定位的主定位管稳定性校验、曲线内侧的压管稳定性校验等；缓和曲线区段接触线最大偏移值校验；锚段内张力增量（张力差）校验；极限温度条件下，吊弦最大偏角校验。,技术校验,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,悬挂线材：接触线、承力索、吊弦、电连接线、附加导线。电气设备：隔离开关、绝缘子、避雷器、电分相和电分段设备。机械设备：支柱、腕臂、定位管、定位器及相关零件等。,设备选型,支柱与基础位置拉出值锚段及锚段关节软硬横跨工程数量统计接触网平面图的绘制,4平面布置,接触网平面图：用接触网图例表示的，集接触网悬挂类型、平面布置、基本参数、设备位置于一体的，

8、用于指导接触网施工和运营维护的工程平面图。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.2接触网设计的主要内容,1.2接触网设计的主要内容,设计流程,1接触网设计所需的原始资料（总）,气象资料线路资料行车供电资料桥梁隧道资料地质资料信号资料站场资料概算资料其他资料配合资料,1.3接触网设计所需的基本数据,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,区间线路平面图、纵断面图；车站平面图（含地下设施）；标准横断面图、平剖面缩图；正线轨道类型、轨道标准高度、线路超高及道床厚度；复线区段线距表；沿线电缆、管道埋设位置；道口表及机械化养护平台。,（2）线路资料,线路的位置轨距（mm）线路长度（km）轨道数目

9、 最小轨道曲线半径（m）道岔型号及参数轨道电路型号及接线要求,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1接触网设计所需的原始资料（总）,1.3接触网设计所需的基本数据,最大行车速度及列车对数；导线截面、供电线截面，有无附加导线；额定电流、短路电流的最大值及最小值；电化范围；供电分段形式；牵引变电所位置、分区亭及开闭所位置；对电分相绝缘器的要求；吸上线及吸流变压器的位置；电力机车及受电弓类型。,（3）行车供电资料,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1接触网设计所需的原始资料（总）,1.3接触网设计所需的基本数据,（4）桥梁隧道资料,桥梁隧道资料，大、中型桥梁总表；大、中桥梁总布置图、墩台类

10、型；区间线路建筑物位置及净空尺寸；小桥涵表；隧道（包括明洞棚洞）总表；隧道断面设计图；隧道内预留锚段关节位置及断面图；跨线桥、天桥、挡土墙等资料。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据,（5）地质资料,土壤种类、允许承载力及安息角；地形特点及挖、填方状态；个别路基设计地段表。,行车闭塞方式；车站信号设备位置及类型；站场及区间各种信号机位置及类型；轨道电路类型及扼流变压器位置。,（6）信号资料,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据,站场平面图；站场表及车站类型；电化股道表；站线轨道类型及高度；站场横断面图；站内平交道、过道及地道

11、表。,（7）站场资料,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据,综合设计工资标准；主要材料机具价格表及当地材料调价差额；施工管理费计算办法；行车干扰费计算办法；机械（含机车）台班费及数量；拆迁费、购地费及青苗补偿费标准；主要劳动及财政项目。,（8）概算资料,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据,（9）配合资料,电气化工程是一系统工程，涉及工务、电务、机务、土建、电力等诸多方面，协作与配合十分重要。接触网对站场及桥隧建筑物的测量技术要求；接触网在桥隧建筑物内的预留要求；独立供电线、捷接线的路径及测量要求；工区分布、规模，工区使用电负

12、荷及工区电话种类及数量的要求；领工区、工区生产用房面积及空间的要求；电信设备和轨道电路与接触网间的配合；供电施工预算单位应具有的接触网单项概算、正线架线公里概算及主要材料表等。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据,1 总体数据德国Re200参考值额定电压 kV/频率Hz 15/16.7电力系统向牵引供电系统的供电方式 集中式正线/支线的速度 200/100用于正线/支线的设计 Re200/Re160受电弓 UIC 608标准最小/最大静态接触力 N 60/90 最小/最大动态接触力 N 40/200无并联供电线的持续电流传输能力/A 70/560,第一章 高

13、速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,2 气候信息德国Re200参考值环境温度（年最高温度的平均值）15/37接触网系统的工作区域温度 30/70腕臂中心位置的温度 20平均湿度 最大为50气候区域（沿海地区或内陆）内陆因工业地区造成环境污染 是/否 否线路超过海平线的海拔高度（H）m 0H50风速（Vw）m/s 26,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,3 建造公差德国Re200参考值钢轨顶部到基础顶部或支柱顶部的距离mm 30轨道中心到支柱侧面表面的距离 mm 50系统高度mm 30定位器在无风情况下的接触线拉出值

14、 mm 30支柱定位点处接触线的高度 mm 10接触线坡度变化 1/1000固定张力区域的长度 m 1,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,4 接触网系统的技术信息接触线类型/张力 kN/最大磨损 Cu AC-100/10/20承力索类型/张力 kN/固定末端或自动张拉 Bz II 50/10/自动张拉是否提供吊索/类型/张力 kN/长度 m 是/Bz吊弦类型 Bz II 10接触线和承力索的张力调整，分离地或集中地 分离张力调整器的传动比 1:3最大半锚段长度 m 750 m曲线处锚段长度是否减少/规定 是/Ebs1）最大/最小跨距长度 m 80/

15、33.4跨距的确定是依据半径R还是依据风速Vw l=f(R)接触线的预下垂长度 m 根据Ebs规定接触网高度降低时的最小接触线坡度 1:500过渡跨的最小坡度 1:800,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,德国Re200参考值,标准接触线高度（m）5.5接触线最小高度（m）4.95接触线最大高度(m)6.5跨中承力索到接触线的最小距离（m）0.5直线或曲线区段拉出值：风作用下的最大允许位移（m）0.55承力索的横向位移（拉出值）m 与接触线相同与快速动态抬升相似的支柱动态抬升 Ebs防风柱的使用 R1200 m工频闪络电压 kV(50 Hz 干燥时

16、)110末端处绝缘器的漏电途径/瞬间绝缘/腕臂绝缘 mm 485/485/485锚段关节上接触线之间的距离 mm 450锚段跨关节 3或5跨,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,德国Re200参考值,EBS德国铁路接触网设计标准,混凝土/钢 坠砣 混凝土使用中性区 不使用中性区的长度 道岔区接触网 交叉式 线路空中供电线 EN 50182，243-AL1地下供电线 N2XS2Y旁路线 并联供电线 EN 50182，243-AL1吊索线 Cu 95回流线类型/空中或地下导线/绝缘或非绝缘 EN 50 182，243-AL1/空中导线/非绝缘绝缘子用于锚

17、、道岔线路以及瞬间绝缘的绝缘子类型/材料 Ebs瓷腕臂绝缘子的类型/材料 Ebs瓷危险的、常规的/危险的破坏 常规的 EBS德国铁路接触网设计标准,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,德国Re200参考值,腕臂材料：铝/钢 铝区间设计标准：Ebs与支柱连接：移动式/固定式 固定/固定 支柱支柱侧面限界的标准间距（m）3.70支柱侧面限界的最小距离（m）2.55材料：钢/混凝土/木头 钢/混凝土外置/插入式钢支柱 外置单柱、软横跨结构或硬横梁 单柱下锚支柱带有/不带有斜拉线 有混凝土支柱/钢支柱的标准 DIN 4228/EN 50341-3-4,第一章

18、 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,德国Re200参考值,基础基础线路侧到轨道中心的标准间距 m 3.70（混凝土立柱）标准基础的类型 桩结构不同土壤情况下基础的类型 特殊基础加固：是/不用/在需要时 在需要时锚栓材料 钢桩基础/混凝土基础的等级应符合 EN 50341-3-4地震风险 无需要底层土报告 是 铁路接地方式接地线：有/无 无支柱与轨道直接连接：是/否 是连接方式 弹性导线,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,安全限界根据EN50119标准，供电部件到铁路接地部件之间的短时距离 mm 100根据EN5

19、0119标准，供电部件到铁路接地部件之间的长时间距离 mm 150铁路交叉处接触线的最小高度 m 5.50电力分离器的远程控制电缆类型 NYY-J控制单元的位置 单箱Lh使用槽形通道：是/否 是，若可能的话净空结构下接触网系统的净空 m 5.90结构下锚段关节区域的净空 m 6.20,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,比例尺分别为1:1000和 1:500的一般路基地段和车站的线路平面布置图；沿线的配合参数（如曲线、坡度等）；永久线路的横断面图；信号布置图；线路绝缘布置图，作为铁路接地的基础；电缆走向图以及既有地下安装设施的资料；铁路道岔表；桥梁图

20、；下层土条件，以作为选择基础类型的依据；其它方将来的设计；电气分段示意图；牵引供电线路布置图；控制位置和控制电缆走向设计图；项目范围以及接口识别；项目的时间进度表。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.3接触网设计所需的基本数据（案例）,1气象条件的主要内容,1.4接触网设计气象条件的确定,温度范围：最高、最低温度地震条件雷电影响最大运行风速和最大结构风速：高温时的最大风速附加冰负载及最大覆冰时的风速空气污染隧道里的温度,2选准设计气象条件的重要性（1）气象与技术条件间的关系（2）气象与投资间的关系（3）气象与寿命间的关系,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,3气象参数及其影响的接

21、触网参数,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,4客专接触网设计温度的选择,最高温度客运专线行车密度高、电能传输大，接触网的设计温度选择除了考虑腕臂、定位器、吊弦正常安装位置时的温度以及接触网系统正常工作温度外，还应考虑接触线在最高环境温度、最大日照、最大载流量（含短时短路电流）情况，这样考虑上限再参照国外设计经验,铜合金导线可按80100校验设计。接触网系统可按最高80的工作温度设计。,最低温度最低气温则各地而异：广东、广西、福建和浙江沿海地区一般取为一5,长江流域及云、贵、川的大部分地区取为一10,黄河流域、华北平原的大部分地区取为-20,河北、山东西 北部、东北地区的南部等地取为一30

22、,东北地区北部及其它高寒地区则取为-40。温度的变化会使线索的张力和弛度发生变化。温度过低线索被拉紧，甚至出现负弛度不利于受电弓正常取流。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,5客专接触网设计风速的选择,运行设计风速运行设计风速为确定接触网风偏和跨距之用。根据建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的附录D2.2 规定:选取最大风速时,一般应有25年以上的资料。日本新干线和最新的欧洲标准中,基本运行风速均取 35m/S。,结构设计风速结构设计风速为确定接触网构件结构强度之用。日本新干线和最新的欧洲标准中，结构设计风速也规定一律取50m/s。,隧道结构设计

23、风速根据国外高速铁路试验和运营数据,行车速度等于或大于 140km/h的隧道中,机车通过时产生的气动力影响不可忽略。因此，高客专隧道内必须按最大结构设计风速对隧道内接触网结构进行气动力的影响计算。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,风荷载对接触网线索的作用,风会给接触网带来附加负载，严重时会吹断线和支柱，破坏接触网系统的正常工作。设计风速是接触网设计最基本的设计参数之一。但要准确选定设计风速是一件非常困难的事情，因为它因地而生、因地而变。在接触网中是以10米高空自记录10min的平均风速作为设计依据的。最大瞬时风速和最大平均风速间有1.5倍（平均而言）的关

24、系。,地形与风速,风随着它在地表面的高度、地形等种种因素而变化。在地表面附近，由于地表面地形地物不规则产生的摩擦作用，高度增加风速也增加，反之，减小。它们之间有如下关系：,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,风荷载对接触网线索的作用,根据风经过的地形，无论在垂直还是水平方向上受到约束，风速将增大而成为强风。垂直约束在风超过山岳时发生，此时风速会增大50%左右。根据日本风洞试验，在路堤处同样存在垂直约束合风速相对增大，在接触网接触悬挂高度附近，可达到平地处同样高度风速的1.21.5倍。其上吹角也从10度达到15度。水平约束常发生在山峡，垭口地带。在森林和都市地

25、带，由于地表面不整齐，摩擦影响会使风速降低。据观测，30m宽的防护林可将风速降低20%40%；60m宽的防护林可将风速减小一半。由此可知：设计风速一定要特别注意地域性和特殊性。同时，可也看到消除风影响的最佳方案：沿线路构建防风林！也可降噪！还可防止水土流失！,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,6高客设计冰负载的选择,中国的覆冰重点地区在云贵川和湘鄂赣等省份。覆冰温度一般为0-6之间，设计温度一般选取-5；覆冰厚度可达120mm！线索覆冰厚度不得小于该地区实际观测到每五年一遇的最大冰厚。覆冰考虑为圆筒形沿导线表面等厚度分布,不考虑导线截面的不规则形状,设计资

26、料中只给出承力索覆冰厚度。接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰载荷,考虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用,计算接触线冰厚时应折算为承力索覆冰厚度的一半。线索覆冰的密度因地区和结冰情况不同而异,为统一起见,一般取为0.9g/cm3。简单说来，冰对接触网的影响有两方面：增加线索的机械负荷；影响正常供电。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,隧道内气象条件,整个锚段均在隧道内时，隧道内最高温度比外部低10；部分锚段在隧道外时，按全部在隧道外的条件计算；不计冰、风负载时，隧道内最低温度比外部高5。,接触线无弛度时的温度低于平均温度，其目的是减少接触线的负弛度。简单链

27、形悬挂：弹性链形悬挂：,吊弦及定位器处于正常位时的温度,该温度取全年保持时间最长的温度，设计时取最高温度和最低温度的平均值。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,I区：南方沿海易受台风侵袭的浙江、福建东部、广东、广西等沿海地区；II区：安徽、山东、江苏等大部分华东地区；III区：西南部非重冰地区以及福建、广东等受台风影响较弱地区IV区：西北大部分地区、华北及京、津、唐等地区；V区：华东、中南和西南三个地区的广大山区；VI区：泛指湖北、湖南、河南以及华北平原的大部分地区；VII区：适用于寒潮风较强烈的地带，如东北大部分地区，河北的承德、张家口一带；VIII区：

28、适用于覆冰严重的地区，如山东、河南的大部分地区，湘中、粤北重冰地带；IX区：云贵高原重冰地区。,为设计标准化和规范化，减少设计工作量，划分九大气象区。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.4接触网设计气象条件的确定,该数据只供参考，应结合当地气象条件确定！,1.5接触网的冰害及其防护,架空导线覆冰的分类,1按冰的表观特性分类,（1）雨淞：透明玻璃体、质地坚硬、不易破碎，密度在 0.60.9之间，又称冰凌或明冰,与导线表面的附着力强大,不易脱落。（2）粒状雾淞：乳白色不透明体,其间含有气泡空隙,质地疏松较脆,表面起伏,无定形状,密度为0.10.3。（3）晶状雾淞：白色结晶,冰体内含空气泡

29、较多,质地疏松而软,与导线表面的附着力较弱,容易脱落,密度在0.010.08之间。（4）湿雪：呈乳白色或灰白色,一般质地较软,是处于熔化状的雪花和水体粘附到导线表面而成的,密度一般在0.10.7之间,粘结在导线上的湿雪当气温进一步降低时将变成坚硬的冰冻体。（5）混合淞:呈乳白色、体大、气隙较多，是雨淞和雾淞在导线上交替冻结而成的，密度在0.20.6之间。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,架空导线覆冰的分类,2按冰的形成机理分类（1）降水覆冰空气中的冻雨(过冷却水滴)或雪花降落到温度接近0或负几度的导线表面形成的覆冰或覆

30、雪。冻雨覆冰形成的雨淞因其密度大、附着力强,对架空线路危害最大。（2）云中覆冰空气中过冷却的云或者雾与导线相接触冻结成的冰。特点：地面无降水量或降雪量，覆冰主要取决于湿度、风速等气象参数；只要有过冷却水滴存在,就总能产生云中覆冰,；云中覆冰多产生雾淞。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,架空导线覆冰的分类,2按冰的形成机理分类（3）升华覆冰大气中的水蒸气直接冻结在物体表面所产生的一种霜,也称为晶状雾淞,因是经过升华而产生的晶状雾淞,所以叫升华覆冰。晶状雾淞不会发展很大,其附着力较小,易脱落,故对架空线路的危害不大。松花江畔十里长堤上的雾淞还是人们观赏的奇景!一

31、般对导线覆冰的研究都侧重于降水覆冰和云中覆冰两类。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,架空导线覆冰的分类,1.5接触网的冰害及其防护,3按冰在导线表面的增长过程分类（1）干增长过程：第二个过冷却水滴到达表面时,第一个过冷却水滴已释放出潜热,全部冻结完毕。此时形成的覆冰一般空隙率较大,多为雾淞等。（2）湿增长过程：第二个过冷却水滴到达表面时,第一个过冷却水滴潜热尚未完全释放完毕,仍有部分水滴未被冻结,可能形成连续液膜,此时形成的冰为雨淞，质地较密,与导线表面的附着力很强。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,架空导线覆冰的分类,1.5接触网的冰害及其防护,按冰在导线的横截面形状分类（1

32、）圆形或椭圆形覆冰：风与导线走向平行时,或由于导线的扭转,形成导线周围比较均匀的覆冰,此时导线完全被冰包覆。（2）翼型覆冰：风与导线走向垂直时,冰在导线的迎风面上逐渐堆积,形成翼型断面形状,迎风面与背风面的冰厚相差很大。（3）新月型：在无风或小风的情况下,冰雪在导线的上表面堆积而成新月型,或雪堆积成三角棱形。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,架空导线覆冰的分类,1.5接触网的冰害及其防护,前苏联学者布琴斯基.B.E的研究成果,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1过荷载：接触悬挂的实际重量超过设计值,从而导致接触网机械和电气事故。（1）垂直荷载覆冰条件下，冰的重量会增加支持结构和线

33、索的垂直负载,线索弛度加大，低压线与高压线间因风吹摆动而引起短路事故；覆冰增加的导线张力将传到支柱上，增加所有支柱及其基础的扭矩,造成支柱变形、基础下沉。（2）水平荷载导线因覆冰使迎风面增大,因此,风吹覆冰导线所产生的水平荷载也随之增加。覆冰期间的最大水平荷载将在风速与冰量的某种关系下发生。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,导线覆冰的主要危害,（3）纵向荷载因为接触网跨距不一，悬挂高度不同，或相邻各跨之间安装质量不同，,使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时,导线的悬挂点处会产生很大的冲击荷载,造成导线脱落,线夹断裂

34、；（4）振动荷载冰和雪花在导线表面的不同积聚形状会引起导线对风所引起的振动的敏感性,产生振动荷载。当导线上凝聚霜淞时,其载面增大,形状仍保持为均匀圆形,而霜层几乎不改变导线阻尼,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振幅比裸线时小,并且,频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,导线覆冰的主要危害,1.5接触网的冰害及其防护,2不同期脱冰或不均匀覆冰事故相邻跨距的导线覆冰不均或脱冰不同步，会产生张力差,使导线在线夹内滑动。不均匀覆冰产生的张力差是静负荷,故线索断口有缩颈现象；不同期脱冰产生的张力差是动负荷,线股断口无缩颈现象。脱

35、冰会使导线跳跃,。3绝缘子串冰闪事故绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降,泄漏距离缩短,融冰时,绝缘子的局部表面电阻增加,形成闪络事故,闪络发展过程中持续电孤烧伤绝缘子,引起绝缘子绝缘强度降低。4导线覆冰舞动事故因导线不均匀覆冰,在风的作用下产生舞动,覆冰导线的低频高幅舞动会造成金具损坏,导线断股,相间短路及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。电力输电线有舞动幅度达10m，接触线的舞幅可使悬挂侧翻到支柱一侧！,导线覆冰的主要危害,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,架空线路产生覆冰的基本条件包括:(1)具有足够可以冻结水滴的气温及导线表面温度0以下,一般为-20-2,能

36、使液滴在冻结时即时释放出潜热;(2)具有较高的湿度,因为空中过冷却的液水含量是各种覆冰的水来源,空气相对湿度一般要在85%以上;(3)具有可使空气中的过冷却水滴或过冷却云粒产生运动的相应风速,以便水滴与导线发生碰撞,被导线捕获,一般风速为1 10m/s。观察和研究表明,当空气相对湿度很小或无风和风速很低时,即使温度很低,导线也基本上不发生覆冰现象。各种覆冰的形成条件主要受以下因素的影响:(1)过冷却水滴的大小;(2)水滴的过冷却度;(3)周围的气温;(4)水滴与导线的碰撞率;(5)凝结高度。,覆冰的条件和过程,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,4.5接触网的冰害及其防护,1气象因素影响导

37、线覆冰的气象因素主要包括气温、空气湿度、风速、风向、云中过冷却水滴的直径及凝结高度等参数。(1)空气温度气温对覆冰的影响极为重大。一般最易覆冰的温度为0-6,若气温太低,则过冷却水滴都变成了雪花,形成不了导线覆冰,正因为如此,严寒的北方地区冰害事故反而比南方的云、贵、湘、鄂为轻。(2)空气湿度空气湿度的大小对导线覆冰影响甚大。湿度在85%以上,不仅较易引起导线覆冰,而且还易形成雨淞。湖南省每逢严冬和初春季节,因阴雨连绵,空气湿度很高(90%以上),故导线极 易覆冰,且多为雨淞。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,(3)风速风向由于风起着对云和

38、水滴的输送作用,故对导线覆冰有重要影响。无风和微风时,有利于晶状雾淞的形成;风速较大时则有利于粒状雾淞的形成。几乎所有计算导线覆冰的模型都包含有“风速”这一因素，一般而言,风速越大(06m/s范围内),导线覆冰越快。而风向主要会对覆冰形状产生影响,当风向与导线垂直时,结冰会在迎风面上首先生成,产生偏心覆冰,而当风向与导线平行时,则容易产生均匀覆冰。(4)过冷却水滴大小过冷却水滴的直径大小与气温有关,它主要影响导线覆冰的种类。雨淞覆冰时,过冷却水滴直径大,约在1040m之间,中值体积水滴直径为25m左右,是毛毛细雨;雾淤覆冰时,水滴直径在 120m之间,中值体积水滴直径为10m左右;而对于混合淞

39、，其水滴直径在535m之间,中值体积直径为1518m。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,1导线本身条件(1)导线直径导线直径影响着过冷却水滴能够达到导线表面的有效空气层的厚度。当风速小于8m/s时，对直径不太大的导线(40mm直径以下)，实验数据表明,较粗的导线覆冰量重于较细的导线。当导线直径超过40mn时,随着导线直径的增加,覆冰量反而减小。当风速大于8m/s时,导线越粗则覆冰量越大。德国某些学者认为,导线覆冰量与其直径无明显的关系,只有当空气中的过冷却水滴特别大(直径超过25m)、或风速很高时,覆冰重量才随导线直径的增长而显著增大,挪威

40、等国的学者也基本上赞同这种观点。(2)导线刚度导线的刚度大小决定其抗扭转的性能。导线刚度愈小,在扭矩作用下,导线的扭转愈大,覆冰进一步增加。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,导线本身条件(3)负荷电流与电场电场的存在会对移向导线的水滴粒子产生两极和吸引力。电场对雾滴和毛毛细雨的吸引力会导致更多的水滴移向导线表面,因而能增加导线上的覆冰量。即带电线路的覆冰厚度较大,而不带电线路的覆冰厚度较小。负荷电流对导线覆冰的影响有两个方面：当电流不够大，焦尔热不能使导线表面维持0以上温度时,负荷电流反而会使导线覆冰增加,因为出现了电场的影响；当电流足够大

41、,能使电线发热并维持其表面温度在0以上时,这时即使有过冷却水滴碰撞导线,导线表面也不会覆冰,从而达到自然防冰的效果。这种维持导线表面温度为0的电流称为临界负荷电流,其大小由气温、风速及导线表面的辐射特性等因素决定。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,在温度、湿度、风速、水滴直径等变化时，在人工低温气候室中进行不同表面材料上覆冰的破冰实验，可以得到覆冰粘附力的如下结论：(1)粘附力随风速的提高而略有增大(2)粘附力随过冷却水滴动量的增加按线性关系略有增加(图1)(3)粘附力受空气温度和导线表面温度的影响很大,当气温高于-8，导线表面温度高于-4

42、时，随着温度升高，粘附力呈线性规律骤减；(图2和图3)（4）粘附力随导线表面粗糙度的增加而显著增加；（图4）（5）粘附力随冰的密度增加而显著增加；（图5）（6）当温度低于-7，粘附力与空气温度无关；（7）金属材料对粘着力的大小没有明显影响；（8）覆冰厚度对粘附力没有影响。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,图1粘附力随水滴动量增加按线性略有增加,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,水滴动量,粘附力,图2粘附力随交界面温度变化（变化大）,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害

43、及其防护,覆冰的条件和过程,粘附力,图3粘附力随气温变化，骤减,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,粘附力,图4粘附力随材料表面粗糙度增加而显著增加,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,粘附力,表面粗糙度,图5粘附力随冰的密度增加而增加,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,覆冰的条件和过程,架空导线防冰除冰的一般原则,避、抗、融、防、改,避线路路径的选择应力求避开严重覆冰地段（这一点对接触网而言，较难）,抗当线路无法避开严重覆冰时,在掌握地区覆冰情况的基础上,结合

44、沿线地形地物条件、相对高差、路径走向及覆冰时的风速、风向、湿度等因素,确定相应的设计冰厚,使线路具有相应的抗冰能力。（这是接触网重点考虑的内容！）,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,融用电流加热,热力融冰。是指对于覆冰线路较长,而设计条件又偏低的运行线路,采用融冰的方法,以保障线路在冰冻期间安全运行。目前,中国电力部门采用的方法有两种,一是短路融冰,二是带负荷融冰。这些办法值得高速客专接触网运营部门借鉴！,避、抗、融、防、改,防防止导线覆冰,它是线路抗冰害事故的积极措施,它能使导线难覆冰或能自动融化导线上的覆冰。目前国内外采用的方法有三种：一是改变系统的运行方式转移负荷电流;二是采用防冰

45、 复合导线装置;三是用难覆雪的电线环。改对己开通运行的线路，当实际覆冰超过原设计条件并危及安全运行时,需对薄弱环节进行部分或局部的改造,以适应客观需要的抗冰要求。,架空导线防冰除冰的一般原则,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1 避免线路穿越微地形覆冰区 微地形是相对大地形而言的,它是大地形中的一个局部狭小的范围,在覆冰的气象条件合适时,垭口、分水岭、湖泊、峡谷等地往往更容易覆冰或覆冰更严重,若在线路选择时能避开这些地方，则消除了覆冰的基本条件，自然就达到了防止导线覆冰的目的。2 临界电流防冰研究和观察表明，在同一气候条件下，同一走廊上的导线覆冰有差别，一般情况是：重负荷线路覆冰较轻或不

46、覆冰,而空载线路覆冰较重；避雷线覆冰较重而导线覆冰相对较轻。显然,这一现象与导线通过电流时的焦尔热有关，焦尔热使导线表面的温度不同于环境温度，因而造成了导线表面覆冰条件的变化,而这一变化是受导线覆冰过程中的传热环节控制的。3表面包涂憎水性材料 4微波加热过冷却水滴或超声波核化冻结,防护方法,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,1.5接触网的冰害及其防护,临界电流预防导线覆冰的方法可按以下程序操作:(1)绘制出不同规格导线、不同气象条件下的临界电流曲线,或编成计算程序,并对照每条线路覆冰期实际负荷电流的大小,把小于临界电流的线路定为轻载线路,作为预防对象。(2)将轻载线路按电压等级和特点加以

47、区分,分别采取不同的防预措施。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,防护方法,临界电流预防导线覆冰的方法可按以下程序操作:(3)220kV及以上轻载线路防冰主要依靠科学调度,通过微气象、微地形的分 析、预报,对易覆冰段,提前改变电网潮流分配,增加轻 载线路的负荷或使调峰电厂 提前发电,让线路通过的电流达临界值以上。(4)对110kV及以下轻载线路,如果属于两变电所之间的联络线,可通过调度让联络线带负荷运行,并达到临界电流以上，其他类型的主要轻载线路,可采用增大无功电流的办法使导线不覆冰。,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,防护方法,微波加热过冷却水滴或超声波核化冻结 所谓微波防冰方法就是用微波对过冷却水滴进行加热,使它在还未达到物体表面上之前,其温度就已被加热到0以上,从而防止其在物体表面上结冰的方法。微波防冰方法由美国麻省理工学院航天航空系提出，主要用于飞机在飞行中防止机身结冰 微波防冰方法未见在架空送电线路上使用,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,防护方法,(1)机械破冰方法滑轮铲刮、强力振动、电磁脉冲、气动脉冲、(2)热力融冰方法带负荷融冰、短路电流、电阻丝加热、热气、红外电磁波、.(3)自然脱冰方法：防冰球（不可用）、可动线夹、油脂、憎水涂料.,第一章 高速接触网的运营环境与设计条件,防护方法,