委內瑞拉北部鐵路接觸網設計關鍵技術

楊 佳,潘 英

(中鐵二院工程集團有限公司,成都 610031)

1 概述

圖1 委內瑞拉北部鐵路線路示意

委內瑞拉北部鐵路自迪那科(Tinaco)至阿那科(Anaco)，線路全長約470 km，地理位置如圖1所示。線路自起點迪那科(Tinaco)設站后，經過額兒堡(El Pao)、多斯卡米諾斯(Dos Caminos)和查瓜拉馬斯(Chaguaramas)等車站，最后經安索阿特吉(Anzotegui)州的阿拉瓜(Aragua de Barcelona)到達本線終點阿那科(Anaco)。中鐵二院集團承擔了委內瑞拉北部鐵路所有土建和站后工程的勘察設計工作。

本線的主要技術標準見表1。

表1 委內瑞拉北部鐵路主要技術標準

委內瑞拉北部鐵路(Tinaco-Anaco)工程是目前中國在國際建筑市場簽訂的世界上較大的鐵路建設總承包合同，是中國鐵路在拓展海外市場上取得的歷史性突破，對中國高速鐵路走出去具有舉足輕重的意義。由于委內瑞拉不同的國情、人文習慣等，給勘察設計工作帶來巨大的挑戰，要求我國鐵路設計工程師在不同于國內鐵路的全新技術體系和管理模式下，從各個方面都需要更加全面細致、精益求精做好勘察設計工作。

在履行合同的基礎上，結合委內瑞拉國家自身的設計理念、技術標準體系等，經過反復探索和研究，很好地解決了委內瑞拉北部鐵路接觸網專業各個方面的問題。本文則著重從接觸網設計方面探討解決主要關鍵技術問題。

2 問題研究和解決辦法

2.1 規范、標準問題

委內瑞拉國內目前僅有1條既有電氣化鐵路，從首都加拉加斯(Caracas)至古阿(Cua)段，全長約50 km，時速100 km，為意大利鐵路公司設計修建，目前運行情況良好，該線的接觸網設計主要參照國際聯盟標準UIC和歐洲標準EN。

近年來，隨著中國高速鐵路的快速發展，中國高速鐵路無論在設計規范和標準體系等方面、以及實際運營維護方面都已積累了整套的成熟經驗。但是考慮到中國規范標準與國際、歐洲的規范標準仍存在諸多差異；同時由于委內瑞拉北部鐵路是中國在南美地區建設的第一條電氣化鐵路，完全采用中國規范和標準很難被委方認可和接受。因此，在委內瑞拉北部鐵路的設計過程中，為了保證項目的順利開展，同時也為了使中國規范標準能夠得到更廣泛的推廣和應用，采取了兼顧國際、歐洲、中國以及委內瑞拉當地主要技術規范標準的設計方案。根據設計速度220 km/h的技術標準，設計主要采用了如表2所示的規范和標準[1-2]。

2.2 限界問題

中國國家鐵路相關限界標準主要考慮了在我國鐵路線上的鐵路機車、客車、貨車等運行的通用要求，相關限界規范、規定主要根據《標準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界》(GB146—1983)和《鐵路技術管理規程》(鐵道部令第29號)確定[3]。

委內瑞拉北部鐵路相關限界是按照國際鐵路聯盟UIC505標準體系進行設計，該規范考慮到國際列車聯運的需要，制訂了通用的運行限界的基準輪廓，即凡是符合該通用基準輪廓的車輛均可在各國鐵路上運行[4]。

其主要限界對照情況見表3。

表3 國內外鐵路主要限界對照 mm

通過表3中不同的限界值比較可知，在接觸網側面限界以及腕臂安裝限界等方面的確定均可參照執行我國鐵路限界要求，能夠同時兼容委內瑞拉鐵路的限界要求。

2.3 受電弓問題

委內瑞拉既有電氣化鐵路電力機車采用的受電弓是根據UIC標準制定的，受電弓尺寸滿足《UIC 608：用于國際服務牽引單元的受電弓應遵循的條件》中的1600 mm型受電弓要求；委內瑞拉北部鐵路新設計的電動車組采用的受電弓是根據我國目前的1950 mm型受電弓制定的。因此，考慮到既有電力機車上線兼容等因素，接觸網設計應能同時滿足1600 mm和1950 mm兩種型號的受電弓尺寸要求，即[5]：

(1)UIC 608-3型受電弓，寬度1600 mm，碳滑板長度2×400 mm；

(2)UIC 608-4a型受電弓，寬度為1950 mm，碳滑板長度2×515 mm。

而據此進行相應的接觸網拉出值、風偏移計算等均需綜合考慮UIC 608-3型和608-4a型受電弓尺寸要求。經計算分析后，確定委內瑞拉北部鐵路接觸網拉出值和風偏移設計原則如下[6-8]：

(1)一般直線處拉出值按±200 mm設計；

(2)接觸線最大風偏移按350 mm控制。

2.4 道岔定位問題

道岔處的接觸網定位方式主要取決于道岔類型和受電弓尺寸。

(1)委內瑞拉北部鐵路道岔類型是根據委內瑞拉當地鐵路部門相關要求進行設計，道岔基本參數等均滿足委內瑞拉相關規程規范要求，因此，其道岔的基本參數與中國國內常用的道岔基本參數均不一致，其不同道岔的主要特征見表4[9]。

(2)委內瑞拉北部鐵路受電弓寬度滿足本文“2.3”要求，接觸網在道岔處定位時需要同時兼顧UIC 608-3和608-4a兩種類型的受電弓工作范圍。

為達到軌道道岔上方接觸網的良好的運行性能，國內外接觸網道岔處定位遵循的原理均是一致的。結合相關的道岔類型和受電弓尺寸，經過分析研究可得出委內瑞拉北部鐵路的典型道岔定位方式：道岔處接觸網定位采用交叉線岔形式；各種類型的道岔處接觸網典型定位參數見表5、表6。

表4 委內瑞拉北部鐵路道岔主要參數

表5 7號、9號、14號單開道岔接觸網定位

表6 18號單開道岔接觸網定位參數

2.5 電分相問題

接觸網電分相設計主要取決于動車組的編組方式和升弓方式。我國動車組編組方式一般為單列形式和雙列重聯形式，每8輛動車為一編組單元。而委內瑞拉北部鐵路需同時考慮單列形式、雙列重聯形式和3列重聯形式的3種編組類型，每4輛動車為一編組單元。因此，委內瑞拉北部鐵路和我國動車組編組數量及編組方式、升弓數量及升弓間距均存在很大差別，其對照情況見表7[10]。

表7 委內瑞拉北部鐵路與中國鐵路動車組對比

根據表7參數，分別結合中國國內實際運營采用的三斷口和兩斷口錨段關節式電分相方案進行分析，考慮到委內瑞拉北部鐵路的各種升弓組合，設計采用了一種適合于委內瑞拉北部鐵路的接觸網電分相方案(圖2)[11-12]：

(1)采用兩斷口錨段關節式電分相形式；

(2)接觸網電分相無電區長度大于最遠兩個受電弓距離，即要求無電區長度大于225 m。

圖2 接觸網電分相示意

根據上述要求進行接觸網電分相平面布置，可得出11跨電分相方案，此電分相方案的無電區長度為兩轉換柱絕緣子外側的距離，電分相的無電區長度大于225 m，同時為了盡量縮小列車無電惰行距離，將無電區跨距設定為45 m，減少了列車的速度損失。不論受電弓之間的高壓母線是否連通，此分相方案均可以滿足委內瑞拉北部鐵路動車組各種編組方式及升弓組合方式[5]。

3 結論

委內瑞拉北部鐵路是我國真正意義上自主進行接觸網施工設計的第一條國外鐵路，在接觸網專業的設計過程中存在很多的特殊性和復雜性。必須熟練運用我國高速鐵路設計的特點和理念，掌握國際、歐洲等相關規范、標準要求，深刻了解該國的人文習慣、技術標準體系等，同時必須做到幾者的有機結合、兼容，才能很好地解決這些設計中存在的關鍵技術問題，保證接觸網懸掛系統的可靠、穩定。

在委內瑞拉北部鐵路的設計中，通過這些接觸網關鍵技術問題的解決，不僅保證了接觸網文件和圖紙的交付，履行了合同，更重要的是使我國的接觸網系統設計的標準規范和理念在南美地區得到推廣和應用，為我國進一步開拓南美鐵路市場奠定了更加堅實的基礎。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB10009—2005 鐵路電力牽引供電設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005．

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2005]140號 新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定[S] .北京：中國鐵道出版社，2005．

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵道部令第29號 鐵路技術管理規程[S].北京：中國鐵道出版社，2006．

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[6] [德]基布嶺.電氣化鐵道接觸網[M].北京： 中國電力出版社，2004.

[7] 朱飛雄.歐洲鐵路接觸網受電弓系統兼容標準及其影響[J].鐵道標準設計，2005(6)：97-100.

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[10] 唐偉.動車組特殊編組方式下的接觸網電分相設計[J].電氣化鐵道，2011(4)：15-18.

[11] 中華人民共和國鐵道部.TB/T3271—2011 軌道交通 受流系統 受電弓與接觸網相互作用準則[S].北京：中國鐵道出版社，2012.

[12] 中華人民共和國鐵道部.建技[2004]42號 關于印發《接觸網分相裝置及設置的規定(試行)》的通知[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2004.