为了减少开挖土方,降低净空和方便维护。
所以地铁采用低三轨供电。
但是第三轨距离地面较近,绝缘和安全难度大,这就限制了电压的提高。
较高的电压在同等条件下能够传输较高的功率,因而更有利于速度的提高。
刚性悬挂接触网就是采用绝缘子来悬挂刚性导体,如同把第三轨驾到了隧道顶部,省去了柔性悬挂的腕臂和弹性支座,既增大了对地距离,又降低了车辆上方空间。
优点:组成简单,配套零部件少,安装空间省,施工简便,接触线无张力,载流能力强(特别是直流供电系统中),安全可靠性高,系统抗灾能力强。
缺点:系统感抗较大,适应高速及交流供电系统的能力差,造价高。
适用于低净空、长大隧道以及地下铁得到广泛应用。
但是,架空刚性悬挂也具有跨距(支撑点间距)小,一般不大于10米,悬挂点密集,故隧道外很少采用。
除了材料自身的弹性外,刚性悬挂表现为纯刚性。
机车向上振动时,网不会随着弓向上移动,增大了接触压力,收缩达到设计许可值时便形成了硬点。
实际工程中可以对常规旋转头螺栓中部螺栓,使旋转头在支架内具备一定的自由行程。
这样,当机车突然向上振动的时,可以通过旋转头的弹性,减少受电弓与接触线之间的碰撞,从而减少磨损,提高弓网受流质量。
国内对刚性悬挂接触网的开发应用始于上世纪九十年代末期,当时仅限于地铁直流系统采用。
2002年首次在陇海线天兰段成功应用该悬挂方式,石门至坏话铁路石门山隧道为解决地净空问题亦采用刚性悬挂,此后为保证接触网设备长期安全运营,减少运营维护的工作量、做到设备少维护、免维修,2004年兰武线新建的乌鞘岭特长隧道(20.05公里双单线隧道)首次设计采用160km/h刚性悬挂接触网。
乌鞘岭隧道自2006年9月开通以来,采用刚性悬挂技术,虽然在设备可靠性上有了明显的提高,但是供电质量及受流关系并不理想,硬点多而且冲击大,机车受电弓离线情况突出、受电弓拉弧现象非常明显。
导致乌鞘岭隧道接触网刚性悬挂供电的深沟牵引变电所213、214开关(馈线上的断路器)跳闸频繁,跳闸原因84%为受流关系。
2007-2009三年间共发生跳闸237件,重合成功133件,累计停时357min,对行车存在较大的影响。
乌鞘岭隧道刚性悬挂接触网设备发生跳闸原因主要有:
1、接触线在相邻定位点处高差较大,硬点突出,机车对受电弓的冲击力和离线情况出现拉弧,引起跳闸。
2、个别处所的碰撞关节II型梁出现塌腰现象,受电弓通过定位点和膨胀关节时容易引起弧光,导致跳闸。
3、一旦机车速度超过120km/h时,机车受电弓与接触网间的离线现象就尤为突出,拉弧现象严重引起跳闸。
4、刚柔过渡段和承力索间的压力和坡度变化较大,不是平缓顺滑过渡,其过渡段不是逐渐向一个方向变化(逐渐抬高或降低),而是在变化过程中,往往有一个或整个变化趋势不协调的突变点,此即为硬点,不但冲击力较大,而且容易产生拉弧,引起跳闸。
5、电力机车受电弓的接触压力大,造成受电弓工作过程中不正常的磨损和个别机车受电弓弹性不好,与刚性悬挂接触不正常,形成电弧,从而引起跳闸。
设计施工可以优化地方:
1.优化跨距
刚性悬挂的允许跨距和行车速度有关,还受驰度的限制。
所以要尽量优化跨距,尽量在膨胀关节处设置定位点,适当增加悬挂点,以保持其水平,保证受电弓平滑过渡。
2.优化悬挂安装方式
根据隧道不同、净空高度不同、直线曲线不同及一些特殊地段,要设计不同的悬挂方式,满足各个地段的要求。
3.优化膨胀关节
对每条接触线端头过渡不平滑的进行打磨处理,检查其过渡平滑并符合要求,避免膨胀关节拉弧严重、硬点突出、冲击力大。
4.优化刚柔过渡段
在刚柔过渡段的施工时,要避免出现强硬点或升降导线高度而导致导线磨耗严重的情况。
施工完了要进行检查调整,要根据刚柔两端导高参数确定在3-5个跨距内进行调整,努力达到导线的平顺度。
5.优化中心锚结
中心锚结绳下锚绝缘子隧道壁侧裙边与汇流排水平及垂直距离要符合标准,要保证中锚辅助绳有一定尺度防止辅助绳过紧造成中锚与汇流排连接固定出汇流排上下无弹性。
6.优化分段绝缘器
要保证滑道间与轨面连线水平,使受电弓通过时平滑、平稳。
保证绝缘子下裙边不能低于主滑道,分段绝缘器中心(顺线路方向)与受电弓中心偏移不得超过规定。