中国铁建电气化局集团第二工程有限公司 山西省太原市 030023
摘要：摘要：铁路运输在我国经济发展建设中占据着重要位置，是人们出行、货物长途运输的主要方式，电气化铁路是一种以电力为能源的现代化铁路运输工具，是铁路事业发展中的一大进步。近年来，高速铁路在世界范围内蓬勃发展，而高速铁路的发展需要大量高性能的接触网线材。本文主要针对电气化铁路接触网线材选型与节能进行简要分析。
关键词：电气化铁路；接触网；线材选型；节能
1接触网线材性能分析及选型
选取不同的工艺（工艺1、3、4、5）和材质生产的接触网线材进行性能对比分析。表1为工艺1和工艺3生产的接触网线材性能参数，表2为工艺4和工艺5生产的接触网线材性能参数。从表1和表2中可以发现，线材截面积越大，电阻越小，拉断力越高。铁标对接触网线材的形状、尺寸、结构都有严格的要求，对比发现：同规格的接触网线材，工艺3生产的接触网线材ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的直流电阻比工艺1生产的约降低5．2％，工艺3生产的ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150的直流电阻比工艺1生产的约降低9．6％，工艺5生产的ＪＴ－ＭＨ95、ＪＴＭＨ120的直流电阻比工艺4生产的约降低15％；工艺3和工艺5生产的线材的拉断力稍高于工艺1和工艺4生产的线材。另外，工艺3生产的ＣＴＭ120和ＣＴＭ150的拉断力比工艺1生产的ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的拉断力高约5ｋＮ，每千米电阻低约0．01Ω，满足ＯＣＳ－2对接触线的性能要求；工艺5生产的ＪＴ－ＭＨ120和ＪＴＭＨ150的拉断力比工艺4生产的ＪＴ－ＭＨ120和ＪＴＭＨ150的拉断力高约3ｋＮ，每千米电阻低约0．03Ω，满足ＯＣＳ－2对绞线的性能要求。目前，锡锭1ｔ约12万元，镁锭1ｔ约0．6万元，ＣＴＳ接触线的材质是铜锡合金（锡含量约0．15％～0．55％），ＣＴＭ接触线的材质是铜镁合金（镁含量约0．1％～0．3％），则1万ｔ的ＣＴＭ接触线需要镁锭30ｔ，镁锭的费用约1８万元；1万ｔ的ＣＴＳ接触线需要锡锭约55ｔ，锡锭的费用约660万元。在高速铁路接触网线材选型时，要综合考虑线材的机电性能和经济性，以达到既满足使用要求又降低能源消耗的目的。因此，电气化铁路接触网线材应优先考虑使用工艺3和工艺5生产的线材。200～250ｋｍ／ｈ电气化铁路接触网线材选型时，应该优先考虑采用工艺3生产的ＣＴＭ120和ＣＴＭ150来代替ＣＴＳ120和ＣＴＳ150。
2接触网线材节能效果分析
接触网是铁路电气化工程的主构架，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，输电线路损耗主要由电晕损耗和电阻损耗组成。在一般的电力系统计算中可忽略电晕损耗，输电线路损耗主要由线材的电阻决定。电阻损耗能量计算方法见式（1），Ｑ为电阻损耗能量（ｋＷ?ｈ）；Ｉ为负荷电流（Ａ）；τ为负荷损失小时数（ｈ）；Ｒ为线路总电阻（Ω），考虑到交流电流通过接触网线材时的趋肤效应和邻近效应以及标称尺寸的近似性，损耗计算时采用交流电阻。
Ｑ＝Ｉ2Ｒτ（1）
由于电气化铁路一般采用单相工频交流供电，则表1和表2中直流电阻需要转化为交流电阻才能用于电阻损耗的计算。取ｆ为50Ｈｚ，将传统的接触网线材和新型的接触网线材的直流电阻（见表1和表2）代入式（2）和式（3）计算得到集肤效应系数ｋ1，并根据求得的集肤效应系数和式（4）计算得到交流电阻（见表1和表2）。依据铁标（ＴＢ／Ｔ 2８09－2005和ＴＢ／Ｔ 3111－2005）中ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的电阻温度系数0．003 65，ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150的电阻温度系数0．001 ８5，ＪＴＭＨ95、ＪＴＭＨ120的电阻温度系数0．004，将表1和表2中20℃时的交流电阻换算成150℃时的交流电阻（表1和表2最后一列）。
式中γ导体吸收系数；Ｓｉ为日照强度，Ｗ／ｍ2。
其中环境条件：风速ｖ为0．5ｍ／ｓ；日照强度Ｓｉ为1 000Ｗ／ｍ
2；导体表面吸收系数γ为0．9；导体辐射系数ｋｅ为0．9；环境温度Ｔ0为40℃；导体工作温度ＴＣ为150℃。综上式（6）～式（10）和表1，表2中交流电阻计算值，计算传统和新型的接触网线材的载流量，见表3。可以发现新型的接触网线材的载流量较传统线材有了一定的提升，其中ＣＴＭ120和ＣＴＭ150的载流量与传统的ＣＴＳ120和ＣＴＳ150相比，载流量提高了约13％。
表3 接触网线材载流量
若τ取一年365天（共８ ７60ｈ），Ｉ取表3的载流量数值，Ｒ取ＲＡＣ的值，根据式（1）计算接触网线材电阻引起的损耗。对比分析传统和新型接触网线材节能情况，发现与传统线材相比，新型接触网线材ＣＴＳ120和ＣＴＳ150的节能约5．2％，ＣＴＭＨ120和ＣＴＭＨ150节能约9．6％，ＪＴＭＨ95、ＪＴＭＨ120节能约15％。
结论
电气化铁路已成为了现代铁路发展的主流方向，目前我国已经全面进入了电气化铁路时代。接触网设备故障问题，严重影响了电气化铁路发展，我国应针对接触网故障维修中的不足，提出相应措施，制定科学、可行的维修策略，加强定期维护，做好事前维护，从而降低故障发生几率。
参考文献：
[1]周墨菁.电气化铁路技术中如何对接触网故障进行维护[J].湖北工程技术学院，2012.
[2]王慧灵.试论电气化铁路线路故障维修技术在铁路电力线路中的应用[J].江苏水利电力工程学院，2012.
论文作者:李宁
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/4
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