2　接触网的基本组成与供电方式

2.1　电气化铁路接触网的要求

接触网是电气化轨道交通所特有的、沿路轨架设的、为电力机车或电动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。

接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。

接触网的特殊性主要表现在以下几个方面。

1.接触网具有明显的周边环境特性

接触网必须沿路轨架设，路轨四周的各类建筑物、电力输电设施、通信信号设施与接触网之间相互影响，接触网的设计、施工、运营都须充分考虑接触网与电力输电线之间的距离，接触网与轨道信号电路和附近通信线路之间的干扰，接触网与受电弓及其他建筑物的限界等问题，将接触网与其四周设备的相互影响减少至最低程度，确保接触网与这些设施或设备之间的绝缘安全和电磁安全。

2.接触网具有明显的气候特性

接触网是露天设备，大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等各类气候因素对接触网的作用十分明显，接触网的机电参数，如线索弛度、线索张力、悬挂弹性、零部件的机械松紧度及空间位置、设备的绝缘强度、线索的载流能力、弓线间的磨耗关系等都会随气象条件的变化而变化，突然的气候变化还可能造成重大行车事故。接触网的运营维护工作和接触网设计计算工作中绝大多数内容是与气象条件相关的。

3.接触网具有明显的无备用特性

接触网是一个综合供电系统，由于技术和经济的原因，接触网设备是无备用的。无备用性决定了接触网的脆弱性和重要性，一旦出现事故，必将影响列车运行，造成一定的经济损失。

4.接触网具有明显的机电复合特性

接触网是电力输电线，它具有电力输电线所具有的一切特性。它必须遵循电力输电的一切规律和要求，但接触网又具有一般电力输电线所不具有的特殊性，这种特殊性是由弓网系统特殊性所决定的。弓网关系要求接触网必须具有稳定的空间结构、稳定的动静态特性、足够高的波动速度，因此，接触网除了应有良好的电气性能之外还必须具有良好的机械性能，它是一个复杂的机电系统。

5.接触网负荷具有明显的不确定性和移动性

接触网所承担的电力牵引负荷是高速移动的，正因为这点使弓网关系成为高速电气化铁路的核心问题之一；不确定的和随机的负荷变化使接触网经常承受较大冲击，为保证接触网正常运行，接触网必须具备较强的过负荷能力。负荷不确定性对接触网的寿命和安全造成较大的负面影响。

6.接触网具有明显的多学科交叉特性

接触网工程涉及电气、机械、力学（弹性力学、振动学、材料力学、空气动力学等），地质、材料、环保等多学科领域，因此，在外人看来十分简单的接触网，其本质确是多学科交叉形成的应用型科学，为取得接触网理论研究和工程实践的突破性发展，我国急需培养既懂机、电，又懂力学、材料学的复合型人才。

由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，因此对接触网提出以下要求：

1.在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。

2.接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。

3.要求接触网对地绝缘好，安全可靠。

4.设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。

5.尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。

6.在日常维护时，按标准化作业程序，坚持标准化作业，严格按照设备的技术标准检修，严禁凭经验、臆测行事。

7.根据《接触网安全工作规程》《接触网运行检修规程》中的巡视周期、检修周期，定期进行巡视检修。对开展停电作业的，若“天窗”不能兑现，应按其检修周期进行测量，发现影响行车的设备，立即报段生产调度和供电调度，要点检修。在检修前，应做好临时安全措施并做好记录。

总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全、高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。

2.2　接触网的供电

接触网是架设在铁路线上空，向电力机车提供电能的特殊形式的输电线路。电能由地方电力网输送到铁路牵引变电所后，经主变压器降压达到电力机车正常使用所需电压等级，再由馈电线将电能送至接触网。电力机车靠接触网获取电能以提供牵引动力，保证列车运行。

目前，我国电气化铁道干线上接触网的额定电压值为25kV（AT供电方式接触网的额定电压为55kV，接触网对地电压为27.5kV）。实际上，牵引变电所是沿着铁路线布置的，每一个牵引变电所有一定的供电范围。供电距离过短会使变电所数目太多而不经济；供电距离过长又会使末端电压过低及电能损耗过大，距离较长的供电臂末端更为显著，供电臂末端接触网电压最低。为了让接触网末端电压不低于电力机车的最小工作电压，单线区段，直供方式及BT方式，交流牵引变电所设置间距为40～60km，AT方式可扩大到90～100km，复线区段可适当缩短，具体设置要由供电计算确定。根据《铁路技术管理规程（普速铁路部分）》（以下简称《技规》）规定：接触网电压不低于20kV，非正常情况下不得低于19kV。

电压从牵引变电所经馈电线送至接触网，流过电力机车，再经轨道回路和回流线，流回牵引变电所。应该指出：由于轨道和大地间是不绝缘的，在电力机车的电流流到轨道以后，并非全部电流都沿着轨道流回牵引变电所。实际上有部分电流进入大地，并在大地中流回牵引变电所。这种由大地中流经的电流称地中电流（又称泄漏电流或杂散电流）。

牵引变电所向接触网正常供电的方式有两种：单边供电和双边供电。

接触网通常在相邻两个牵引变电所的中央是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成两个不同的供电分区，每个供电分区称为一个供电臂。每个供电臂只从一端的牵引变电所获得电能的方式称为单边供电，即图0.4中分区所的有关开关设备打开。若两个供电臂通过分区所的有关开关设备互相连接，两个供电臂同时从两个牵引变电所中获得电能的方式称为双边供电。

单边供电时，一旦接触网发生故障，只影响本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈电线保护装置也较简单，目前采用较多。但在正常运行情况下供电臂末端（即靠分区亭处）电压较低。双边供电可以提高接触网电压，使整个供电范围内接触网电压水平有较大提高，并降低接触网中的电能损耗。但双边供电情况下，一旦某处接触网发生故障，影响范围比单边供电时扩大到两个供电分区，为解决这些问题，在牵引变电所馈电线上和分区亭中需安装比较复杂的保护装置和分区亭开关控制装置。

单边和双边供电都是正常的供电状态，还有一种非正常供电状态，称为越区供电。即：当牵引变电所由于某种原因不能对供电臂正常供电时，该牵引变电所负担的供电臂通过分区所的有关开关设备，由两侧相邻的牵引变电所提供临时供电，如图0.3所示。

由于越区供电的供电臂大大伸长，如果在列车运行相同数量的情况下，则延伸供电臂的末端电压就会大大降低，倘若低于电力机车允许最低工作电压时，将造成机车不能运行，这是不允许的。因此，越区供电只能保证客车或重要货车通过，是作为避免中断运输的临时性措施。

在复线区段中，其供电情况与单线区段类同，只是牵引变电所有四回馈出线分别向两侧上、下行接触网供电。在同一侧，上、下行接触网供电相别相同，以便于上、下行实现并联供电，可提高接触网末端电压。越区供电通过分区所内的开关设备来实现。复线区段供电示意如图0.4所示。

2.3　接触网的组成

我国电气化铁路干线上的接触网，是采用架空式悬挂的供电装置，它由支柱与基础、支持装置、定位装置、接触悬挂等四部分组成，其空间结构如图0.5所示。

1.支柱与基础

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持装置和定位装置的全部重量，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。

我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱。预应力钢筋混凝土支柱下端直接埋入地下。钢支柱通过焊接或螺栓连接等方式固定在地下用钢筋混凝土制成的基础上。基础承受支柱传给的全部荷载，并将荷载传递并分散到地基土层中，以保证整个支柱的安全和稳定性。

2.支持装置

支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其他悬挂的全部设备。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同，支持装置包括腕臂、水平拉杆（平腕臂）、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及吊挂接触悬挂的全部设备。

支持装置结构应能适应各种场所，尽量轻巧耐用，有足够的机械强度，方便施工和检修。

3.定位装置

它包括定位器、定位管、支持器及其连接零件。定位装置将接触导线固定在距线路中心的一定位置上，使电力机车受电弓在导线上滑行取流时，导线不会超出受电弓的工作范围，并保证受电弓磨耗均匀，同时将接触线的水平负荷传给支柱。

4.接触悬挂

接触悬挂是通过支持装置架设在支柱上的供电装置，接触悬挂是将牵引变电所获得的电能输送给电力机车。接触悬挂包括接触网导线（接触线）、吊弦、承力索和坠砣补偿器等。电力机车运行时，受电弓顶部的滑板紧贴接触线摩擦滑行取流。因此，要求接触线弹性均匀，弛度变化小，保证在任何条件下都能不间断地给机车供电。

接触悬挂的弹性是其质量优劣的主要标志。接触悬挂的弹性是指悬挂中某一点在受电弓的压力下，每单位垂直力使接触线升高的程度。

衡量接触悬挂的弹性有两个指标：一是弹性的大小，取决于接触线的张力；二是弹性的均匀程度，它取决于接触悬挂的结构。

为了改善接触悬挂弹性保证滑板的良好取流，接触悬挂应达到下列要求：

（1）尽量使受电弓对接触线的压力不随受电弓的起伏波动而变化。在受电弓抬升力作用下，接触线的升高应尽量相等，且接触线在悬挂点间应无硬点存在。

（2）受电弓沿接触线滑行时接触点的轨迹，尽可能地近于水平直线。接触线对轨面的高度应尽量相等，若受悬挂条件限制时，接触线高度变化应避免出现陡坡。

（3）接触悬挂在受电弓压力及风力作用下应有良好的稳定性，即电力机车运行时，接触线不发生剧烈的上、下振动，而影响正常取流。

（4）减轻接触悬挂（特别是接触线上）的集中重量，采用轻型零件。零件应具有一定的抗腐蚀能力和耐磨性，以延长使用年限。