第一部分 高速接触网的设计理念
1. 接触网设计的安全性及可靠性
高速铁路由于列车运行高，列车制动距离长，一旦发生弓网事故，除了对受电弓产生毁灭性破坏结果外，同时将造成大面积的接触网损坏。因此，应将高速接触网设计的安全性放在第一位，尤其要处理好接触网线岔及锚段关节处的设计方案，以杜绝弓网事故。
另一方面，高速铁路由于行车密度大（列车追踪间隔3～4min），一般不设图定维修天窗，而仅在夜间设有4～6个小时的固定维修天窗。因此，对接触网的可靠性（特别是接触网零部件）提出了更高的设计要求。 2. 接触线的设计使用寿命
对于高速弓网受流系统，弓网间的动态接触力较常速弓网受流系统有显著的提高，离线率也将有所提高。因此，弓网间无论是机械磨耗还是电气磨耗，较常速弓网受流系统都将加剧。为此，必须对接触线的设计使用寿命提出明确要求，以便采取相应的设计措施予以保证。 接触线的设计使用寿命系按弓架次计算。参照国外设计理念，接触线的设计使用寿命应在250万弓架次以上，相当于平均每天170对车双弓运行20年以上。为此，需要采用耐磨性能好的铜合金线。
3. 接触线的波动传播速度
为了实现高速运行，接触线应具有与列车最高运行速度相适应的波动传播速度。根据国外高速铁路接触网运营经验，列车最高运行速度与接触线的波动传播速之比宜控制在0.7以下，否则将出现难以接受的燃弧率或离线率，烧损接触网（特别是接触线和吊弦）及受电弓滑板，进而缩短接触网及受电弓滑板的使用寿命，甚至引发接触网断线事故。为此，在接触线截面确定的情况下，应尽量提高接触线的张力，这就要求采用具有高抗拉强度的接触线。 接触线波动传播速度（km/h）： 式中：T----接触线的张力（N）
P----接触线的线密度（kg/m）
世界各国典型高速铁路的接触网波动传播速度
高速铁路 接触线波列车运行β=V/C 动 传播速度 C（km/h） V（km/h） 日本九州新干线 日本山阳新干线 法国地中493 350 0.71 410 520 260(300) 0.50(0.58) 300 0.73 速度 海线 法国大西洋线 德国法兰克福~科隆线 西班牙马德里~巴塞罗那线
4. 接触网的弹性及其不均匀度
随着运营速度的提高，弓网间的动态接触压力及接触线的动态抬升量也将随之加大。为了确保列车运行安全和延长接触网的使用寿命，应将接触线的动态抬升量限制在合理的范围之内。为此，要求接触网应具有较小的弹性，而降低接触网弹性最有效的途径就是提高接触网的张力。
如果接触网的弹性不均匀度太大，将导致接触线和受电弓的运动轨迹不平缓，进而使得接触线振动幅度加大，接触线会因弯曲疲劳而缩短使用寿命。因此，应将接触网弹性不均匀度限制在较小的范围之内，在接触网悬挂方式确定的情况下，提高接触网张力仍是降低弹性不均匀度最有效途径。
5.与高速接触网相匹配的受电弓
接触网与受电弓是一个相互间共同作用而不可分割的动态受流系统。要想取得满意的弓网受流质量、实现高速运营的目标，不但要求接触网应具有优越的性能，而且还应要求与之匹配的受电弓也应具有优越的性能。接触网可按不同的速度目标值形成一系列的标准设计，受电弓也可按相应的速度目标值形成系列产品，如德国的标准接触网有Re160、Re200、Re250、Re330系列，受电弓产品有DSA200、DSA250、DSA350、DSA380系列。 弓网受流质量优劣与否，可通过计算机仿真模拟的手段或通过实际测试的方法，按相关标准对其结果进行评价。
第二部分 高速接触网的相关设计标准
1.弓网受流质量评价标准
<<高速铁路设计规范>>等规范关于弓网受流质量评价标准参考了欧洲、日本系列标准：EN50119、EN50367、EN50317、EN50318、TSI energy subsystem、JRS等，具体如下： 平均接触力Fm。从图可知：当最高运行速度分别为200km/h、250km/h、300km/h和350km/h时，平均接触力分别为109N、131N、157N和189N。
接触力最大标准偏差σ。规定接触力最大标准偏差为平均接触力的30%。当最高运行速度分别为200km/h、250km/h、300km/h和350km/h时，对应的接触力最大标准偏差分别为33N、
441 569 300 330 0.68 0.58 550 350 0.64 39N、47N和57N。
最高运行速度下的燃弧率为0.14%。
定位器允许抬升量与实际最大抬升量之比值。该标准规定为2倍，亦即定位器允许上抬空间是正常情况下接触线抬高量的2倍，以保证受电弓通过定位器点的安全。
当对弓网间动态受流质量进行评价时，如果受测量手段限制，对接触力（或标准偏差）和燃弧率只需评价其中的一个项目即可。例如，德国仅测接触力，法国则仅测燃弧率。对于燃弧率的测定方法，TSI标准中有明确的规定。对于燃弧率标准的直观判据，EN50119标准（关于铁路应用—固定安装—电力牵引接触网）规定：如果每100m接触网范围内出现持续时间大于10ms（且最大为25ms）的可见电弧不大于一次，则视为弓网受流质量良好。 关于定位器允许抬升量与实际最大抬升量之比值， EN50119标准规定：如果定位器带限位功能，该比值应不小于1.5倍。 不限位定位器工作原理 限位定位器工作原理
2.对高速接触网的基本要求
UIC794标准（关于欧洲高速铁路网弓网间相互作用，1996年版）对高速接触网的基本要求如下：
3.对受电弓的基本要求
TSI标准对受电弓的基本要求如下： 1600mm受电弓外形轮廓
1950mm受电弓外形轮廓
关于受电弓弓头宽度。欧洲国家受电弓弓头宽度类型较多，主要有1450mm、1600mm、1950mm三种，对于跨国运行列车，往往一列车上装备有2～3种不同弓宽的受电弓。为此，欧洲铁路联盟规定：对于新建高速铁路，接触网按能满足1600mm弓宽受电弓运行进行设计。我国既有电气化铁路机车受电弓弓头宽度一般为1950～2160mm，因此，我国客货共线或客运专线铁路将统一配备1950mm弓宽受电弓。
关于受电弓弓头最大电气宽度。弓头最大电气宽度系指一架受电弓两条滑板之间的平行距离，主要是为了保证受电弓通过器件式电分相时不至于引起异相短路。如下图所示，要求 d > l。
D1---无电区长度，指靠近中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子外侧间的距离 D2---中性段长度，指远离中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子内侧间的距离 双弓间的距离（L）大于中性段的长度(D2) 双弓间的距离（L）小于无电区的长度（D1）
4.接触线安全系数标准
EN50119标准关于接触线允许工作应力的规定如下：接触线的允许工作应力应不超过其最小拉应力的65%，并考虑接触线允许工作温度、允许磨耗面积、冰风荷载、补偿效率、终锚零件、接触线焊接情况等不利因素引起的折减系数。 按照国内传统的概念，安全系数可以理解为线材的最小拉应力与其实际工作应力之比值。以德国、法国、西班牙的三条典型高速线为例，接触线的安全系数如下表： 第三部分 高速接触网的设计方案
1．接触网悬挂方式
高速接触网悬挂方式主要有三种，即复链、简链、弹链。国外经验表明，三种悬挂方式均能满足时速300km/h以上高速运营要求。
复链型悬挂（主要代表国家为日本）的性能最为优越，接触网弹性最为均匀，接触线的动态抬升量也最小，最适合于高速运行。但因增加了一根辅助承力索，结构较变得复杂，施工及
运营维护不方便，事故抢修难度大。
弹性链形悬挂（主要代表国家为德国）因在悬挂点处增加了一根弹性吊索，可改善接触网的弹性不均匀性，但接触线动态抬升量较大，导线容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量大，事故抢修难度也较大。
简单链型悬挂（主要代表国家为法国）弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大，但能够满足高速弓网受流要求，接触网可达到预期的使用寿命（250万弓架次以上），且国内具有丰富的设计、施工及运营经验，更适合于我国国情。 日本复链型悬挂 日本简单链型悬挂 德国弹性链型悬挂 法国简单链型悬挂 京津城际 简单链型悬挂 2．接触线的选择
国外时速300km/h及以上接触线的应用情况 从国外高速客运专线接触线的使用情况来看，主要以铜锡和铜镁合金线为主。铜锡和铜镁线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述合金线则只有60%左右的导电率。目前铜锡、铜镁合金线已经实现了国产化，但因铜镁合金线制造工艺复杂，国产化难度相对较大。
京津城际采用了德国进口的120mm2铜镁合金线,合金镁的含量为0.5%,导电率仅为62%，导线使用张力为27kN。
武广、郑西客专同时采用了进口和国产的150mm2铜镁合金线,合金镁的含量为0.5%,导电率为62%，导线使用张力分别为30kN、28.5kN。 3．导线高度
在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下： 日本：5000mm
法国：5080mm 德国：5300mm 京津城际、武广客专、郑西客专接触线悬挂点高度为5300mm，最低点不小于5150mm。 对于仅运行动车组的客运专线，可仅考虑受电弓的工作高度、机车车辆限界，接触导线的最低点高度为不小于5150mm。如果为无砟轨道，接触导线在悬挂点高度可按5300mm考虑，如果是有砟轨道，考虑今后线路养护抬道等问题，接触导线在悬挂点高度可按5500mm考虑。
对于同时运行动车组和电力机车的客运专线，可仅考虑受电弓的工作高度、机车车辆限界，接触线最低点高度为不小于5200mm，接触导线悬挂点高度按5500mm考虑。
对于兼顾货物运输的客运专线，主要考虑货物列车的装载等级：通行一级、二级超限的线路，接触导线的最低点高度不小于5350mm，接触导线悬挂点高度可按5500～5650mm考虑（无砟轨道按5500mm、有砟轨道按5650mm）；通行超级超限货物运输的线路，接触导线的最低点高度不小于5650mm，接触导线悬挂点高度可按5800～6000mm考虑（无砟轨道按5800mm、有砟轨道按6000mm）；通行双箱货物运输的线路，接触导线的最低点高度不小于6330mm，接触导线悬挂点高度可按6450mm考虑。
4．结构高度
结构高度大小主要取决于允许的最短吊弦长度。对于两端都有吊弦线夹的整体式吊弦来说，吊弦长度越短，其呈现的刚度越大，对弓网受流越不利。根据国外经验，对于高速而言，最短吊弦长度不宜小于800mm，与之对应的接触网结构高度不宜小于1400mm。国外高速铁路接触网结构高度如下：
法国：1400mm（简链）
德国：1600mm或1800mm（弹链）
日本：950mm（简链）或1500mm（复链）
京津城际的结构高度一般为1600mm，跨线建筑下最小结构高度1100mm，最短吊弦>500mm。
注：日本接触网结构高度较小，主要是其采用了承力索端无吊弦线夹的绝缘式吊弦。 5．吊弦结构形式
吊弦结构形式大体可分为以下三类：
无鸡心环式整体吊弦。该种吊弦两端均采用压接工艺，虽然具有一定的载流能力，但运营实践表明，压接处容易出现疲劳断裂。国外（如法国）以及国内早期电气化线路有应用（如广深、京郑），目前国外高速线以及国内线路已基本不用。 带鸡心环式整体吊弦。可克服无鸡心环式整体吊弦压接处易断裂的缺点，同时载流能力强、吊弦不易被烧损。目前，国内外大多采用该种吊弦。 绝缘吊弦。绝缘吊弦主要是日本采用。 绝缘吊弦
无鸡心环式整体吊弦
带鸡心环式整体吊弦
整体吊弦的采用是系统集成带来的一大进步 6．腕臂结构形式
法国：套管绞环+钩头鞍子形式，钢质腕臂 德国：不可调承力索座形式，铝合金腕臂 日本：可调承力索座形式，钢质腕臂 意大利：可调承力索座形式，钢质腕臂
京津城际：可调承力索座形式，铝合金腕臂 7．定位装置设计思路
欧洲标准EN50119规定：当定位器不带限位功能时，其自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍；当带限位功能时，定位器自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的1.5倍。
欧洲标准EN50367规定：受电弓动态包络线的上抬量为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍。受电弓动态包络线的左右摆动量与线路、轨道、机车等的性能有关，实测值较难确定，一般根据运营经验取值为250～300mm。
法国采用的弯形定位器不带限位，允许最大抬升量为400mm；德国采用带限位的直形定位器，限位抬升量为150～180mm 法国地中海线 （不限位定位器）
7．定位装置设计思路
意大利罗马～那不勒斯线（不限位定位器） 德国纽伦堡～英格尔斯塔特线（限位定位器） 西班牙马德里～巴塞罗那线（限位定位器） 日本北陆新干线（限位定位器）