電力牽引鐵路專用線供電設(shè)計(jì)方案探討

李春玉

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450052)

1 概述

鐵道部在全國(guó)推行戰(zhàn)略裝車點(diǎn)建設(shè)和路企直通運(yùn)輸，對(duì)鐵路專用線的傳統(tǒng)運(yùn)輸發(fā)起重大挑戰(zhàn)。直通運(yùn)輸?shù)拈_行將減少眾多的繁雜的中間過程、減少作業(yè)量、降低運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了空車快進(jìn)、重車快出，車輛周轉(zhuǎn)速度加快，鐵路運(yùn)輸效率大幅提高。

目前國(guó)內(nèi)重要鐵路干線大部分均為電氣化鐵路，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式是鐵路與廠礦企業(yè)間機(jī)車、車輛在接軌站交接，專用線采用內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)輸，為非電氣化鐵路，所以新建鐵路專用線電氣化工程比較簡(jiǎn)單，僅考慮接軌站電氣化改造。推行全路戰(zhàn)略裝車點(diǎn)建設(shè)和路企直通運(yùn)輸后，鐵路專用線的設(shè)計(jì)必須滿足“整列裝卸，直進(jìn)直出，立交疏解”的要求，鐵路專用線采用空車線和重車疏解線分別從車站上下行引接，至電廠站前方交匯后，單線引入電廠站?？哲嚲€和疏解線與國(guó)鐵上、下行接觸網(wǎng)銜接處如何處理才能既不影響國(guó)鐵正線供電分段方式，又能滿足專用線接觸網(wǎng)獨(dú)立供電、保護(hù)要求，目前研究較少，本文以某電廠專用線工程為例，對(duì)全路推行戰(zhàn)略裝車點(diǎn)建設(shè)和路企直通運(yùn)輸后電力牽引鐵路專用線供電設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討。

2 鐵路專用線、疏解線接觸網(wǎng)供電設(shè)計(jì)方案

2.1 方案設(shè)計(jì)思路

國(guó)鐵正線上、下行鐵路接觸網(wǎng)為不同供電臂，相對(duì)獨(dú)立，既滿足供電機(jī)械分段，同時(shí)便于分段檢修以及故障時(shí)縮短影響范圍。鐵路專用線和疏解線接觸網(wǎng)分別與接軌站上、下行接觸網(wǎng)銜接，至電廠站前方交匯后，單線引入電廠站，其接觸網(wǎng)供電設(shè)計(jì)方案必須保證不能影響國(guó)鐵正線的接觸網(wǎng)供電分段方式。

2.2 鐵路專用線牽引供電方式

2.2.1 增設(shè)獨(dú)立供電線對(duì)鐵路專用線接觸網(wǎng)進(jìn)行供電

根據(jù)鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范“鐵路專用線和支線有條件時(shí)宜按獨(dú)立供電設(shè)計(jì)”，尤其是全路推行直通運(yùn)輸后，鐵路專用線掛網(wǎng)范圍加大，為檢修、管理方便，尤其是排除專用線故障對(duì)國(guó)鐵正線的影響，鐵路專用線采用獨(dú)立供電線供電很有必要性，在有牽引變電所車站接軌的專用線，若牽引變電所有預(yù)留間隔，采用新增獨(dú)立供電線對(duì)鐵路專用線進(jìn)行供電。

圖1 電廠鐵路專用線接觸網(wǎng)供電示意圖

2.2.2 設(shè)置箱式開關(guān)站將鐵路專用線接觸網(wǎng)設(shè)置為獨(dú)立檢修、保護(hù)區(qū)段

但更多的情況是，鐵路專用線在沒有牽引變電所車站接軌，如果設(shè)置獨(dú)立供電線，供電線引接長(zhǎng)度至少為1個(gè)區(qū)間（約10km），且區(qū)間既有接觸網(wǎng)支柱合架的條件也比較困難，施工干擾較大，工程造價(jià)較高，檢修相互干擾，增加運(yùn)營(yíng)管理維護(hù)的負(fù)擔(dān)。這種情況下，鐵路專用線接觸網(wǎng)供電從接軌站接觸網(wǎng)上直接引接，為避免專用線故障對(duì)國(guó)鐵正線的影響，采用設(shè)置箱式開關(guān)站（內(nèi)設(shè)1臺(tái)真空斷路器）將鐵路專用線接觸網(wǎng)設(shè)置為獨(dú)立檢修、保護(hù)區(qū)段。

箱式開關(guān)站按無人值班設(shè)計(jì)，采用微機(jī)綜合自動(dòng)化裝置，并納入牽引變電所進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)控制。其繼電保護(hù)裝置與既有國(guó)鐵線路開閉所相同，考慮到一旦鐵路專用線接觸網(wǎng)出現(xiàn)永久故障后不影響國(guó)鐵正線，不設(shè)置一次重合閘裝置。

2.3 鐵路專用線、疏解線與國(guó)鐵正線銜接處電分段方案選擇

接觸網(wǎng)不同供電臂間的電分段一般采用錨段關(guān)節(jié)式電分相或分相絕緣器。錨段關(guān)節(jié)式電分相結(jié)構(gòu)彈性較為均勻，不存在相對(duì)硬點(diǎn)，有利于改善弓網(wǎng)受流質(zhì)量，不存在打碰受電弓問題，隨著近年來電氣化繁忙鐵路干線提速改造，運(yùn)行速度超過140km/h 線路逐步推廣應(yīng)用。但錨段關(guān)節(jié)式電分相結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢調(diào)困難，加之?dāng)嚯姸栊芯嚯x長(zhǎng)，一般都在150米左右，在高坡地段速度損失較大。

而有機(jī)固體絕緣形式的分相絕緣器一般是由3根絕緣件串聯(lián)而成，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，易于檢查和維修，分相設(shè)備占用距離短，無電區(qū)長(zhǎng)度短，投資少。根據(jù)我國(guó)列車提速以來的運(yùn)行實(shí)踐，當(dāng)行車速度120km/h及以下時(shí)，弓網(wǎng)間動(dòng)態(tài)接觸壓力較小，受電弓對(duì)接觸網(wǎng)上的硬點(diǎn)沖擊不十分明顯，采用固體絕緣結(jié)構(gòu)可以保證弓網(wǎng)運(yùn)行安全，鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定行車速度為120km/h 以下的線路可以采用。鐵路專用線、疏解線通常為重載貨物運(yùn)輸線，品種單一，線路等級(jí)較低，一般為工企一級(jí)，行車速度一般都在120km/h以下，每天行車對(duì)數(shù)較少，采用分相絕緣器更具有優(yōu)勢(shì)。

由于設(shè)置分相絕緣器需滿足距進(jìn)站信號(hào)機(jī)的距離不應(yīng)小于300m,并不宜設(shè)置在6‰的大坡度地段，而專用線一般為空車線，由于既有地理環(huán)境限制，同時(shí)減少投資，一般線路較短，且線路坡度較大，無法滿足設(shè)置分相的條件?？紤]到鐵路專用線無論采用獨(dú)立供電線供電方式還是從國(guó)鐵接觸網(wǎng)上T 接并采用斷路器保護(hù)的供電方式，鐵路專用線與接軌站國(guó)鐵接觸網(wǎng)均為同相電，通過查閱資料并與運(yùn)營(yíng)管理部門共同研究，在這種情況下，采用開斷絕緣錨段關(guān)節(jié)替代電分相進(jìn)行不同供電臂間電分段就顯示了較大的優(yōu)勢(shì)。開斷絕緣錨段關(guān)節(jié)的設(shè)置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

絕緣錨段關(guān)節(jié)既起機(jī)械分段作用，又起同相電分段作用，通常設(shè)在站場(chǎng)和區(qū)間銜接處，為方便接觸網(wǎng)維修，縮短停電范圍，減少事故影響范圍，與隔離開關(guān)配套使用，正常運(yùn)行時(shí)隔離開關(guān)常閉使接觸網(wǎng)導(dǎo)通。當(dāng)鐵路專用線采用絕緣錨段關(guān)節(jié)與國(guó)鐵正線銜接時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)絕緣錨段關(guān)節(jié)處于斷開狀態(tài)，不加設(shè)隔離開關(guān)，以保證專用線與國(guó)鐵正線明確分段；如考慮國(guó)鐵正線對(duì)鐵路專用線越區(qū)供電條件，可以加設(shè)常開隔離開關(guān)。

電分相一般設(shè)在牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、鐵路局分界點(diǎn)及不同電力系統(tǒng)供電分界點(diǎn)，作為不同相、不同供電臂、或不同分界點(diǎn)電分段用，電力機(jī)車通常采用機(jī)車斷電自動(dòng)過分相，所以兩側(cè)壓差對(duì)其不存在影響。但絕緣錨段關(guān)節(jié)只能起同相電分段作用，正常運(yùn)行時(shí)，絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)電分段通過常閉隔離開關(guān)連通，絕緣錨段關(guān)節(jié)斷開時(shí)，兩側(cè)電分段之間存在電位差，運(yùn)行實(shí)踐表明，若兩側(cè)壓差較大，容易出現(xiàn)接觸線燒傷情況。為避免兩側(cè)壓差過大引起電氣燒傷情況，在絕緣錨段關(guān)節(jié)專用線側(cè)必須設(shè)置供電線上網(wǎng)。

3 工程實(shí)例分析

3.1 鐵路專用線、疏解線與國(guó)鐵接觸網(wǎng)銜接處均采用分相絕緣器

當(dāng)電廠站距接軌站較遠(yuǎn)，疏解線、專用線線路較長(zhǎng)，縱坡較小，能滿足設(shè)置分相條件時(shí)，同時(shí)采用獨(dú)立供電線對(duì)鐵路專用線接觸網(wǎng)進(jìn)行供電時(shí)，采用這種方式較好。其優(yōu)點(diǎn)是專用線供電完全獨(dú)立，缺點(diǎn)是，疏解線和專用線過分相處機(jī)車必須斷電過分相。

圖2 電廠鐵路專用線接觸網(wǎng)供電示意圖

3.2 鐵路專用線、疏解線與國(guó)鐵接觸網(wǎng)銜接處分別采用絕緣錨段關(guān)節(jié)、分相絕緣器：

以滎陽電廠為例，電廠站距接軌站較近，為滿足4000噸重車運(yùn)輸條件，承擔(dān)重載運(yùn)輸?shù)氖杞饩€線路長(zhǎng)度為4.184km、限制坡度為6‰，能滿足設(shè)置分相條件；空載運(yùn)輸?shù)膶Ｓ镁€長(zhǎng)度為1.293km，限制坡度為12‰，區(qū)間線路曲線半徑為R-400，無法滿足設(shè)置分相的條件。在這種情況下，疏解線采用分相與國(guó)鐵下行接觸網(wǎng)銜接，專用線采用絕緣錨段關(guān)節(jié)與國(guó)鐵上行接觸網(wǎng)銜接。當(dāng)采用獨(dú)立供電線對(duì)鐵路專用線接觸網(wǎng)進(jìn)行供電時(shí)，由于牽引變電所內(nèi)獨(dú)立供電線斷路器具備備用條件，絕緣錨段關(guān)節(jié)處不加設(shè)常開開關(guān)，不設(shè)置越區(qū)供電條件。

當(dāng)采用箱式開關(guān)站由接軌站接觸網(wǎng)T 接供電時(shí)，由于專用線行車對(duì)數(shù)較少，檢修天窗較多，為節(jié)約投資及節(jié)省占地，箱式開關(guān)站設(shè)置一臺(tái)斷路器，不設(shè)置備用條件，在專用線絕緣錨段關(guān)節(jié)處加設(shè)常開開關(guān)，當(dāng)斷路器故障或正常檢修時(shí)，能夠越區(qū)供電。箱式開關(guān)站設(shè)在專用線接軌側(cè)咽喉附近，盡量設(shè)置在絕緣錨段關(guān)節(jié)附近，以便將絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)壓差降到最小。

3.3 區(qū)間為單線的電力牽引鐵路專用線

以沁北電廠鐵路專用線為例：電廠站在接軌站沁河北站南側(cè)相距71.6米并與其站場(chǎng)位置平行相對(duì)應(yīng)，重載運(yùn)輸采用疏解線直通至電廠站，疏解線需電氣化；空車通過本務(wù)機(jī)車或調(diào)車作業(yè)排入接軌站。疏解線長(zhǎng)度3.186km，限制坡度5‰，區(qū)間全線均為曲線，曲線半徑為R-300，并有63-32m 簡(jiǎn)支T 梁一座，機(jī)車運(yùn)行速度為50km/h。疏解線接觸網(wǎng)采用絕緣錨段關(guān)節(jié)與國(guó)鐵接觸網(wǎng)銜接，這樣不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可以節(jié)約投資，既可以不受線路條件及分相設(shè)置條件的限制，同時(shí)兩條供電臂間無斷口，減少機(jī)車配合接觸網(wǎng)過分相的操作工作流程。

4 結(jié)束語

全路推行戰(zhàn)略裝車點(diǎn)建設(shè)和路企直通運(yùn)輸后，鐵路專用線全線電氣化，每個(gè)新建鐵路專用線的功能、運(yùn)輸方式及接軌站既有現(xiàn)狀都各有不同，接觸網(wǎng)供電應(yīng)結(jié)合具體情況，尋求最佳供電解決方案，既不影響國(guó)鐵正線供電分段方式，又要滿足專用線接觸網(wǎng)供電要求，既經(jīng)濟(jì)合理，又便于運(yùn)營(yíng)單位維護(hù)檢修，以便更好地為企業(yè)提供服務(wù)，更好地保障鐵路運(yùn)輸?shù)臅惩ā?/p>

[1]TB10009-2005,鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]鐵道部電氣化工程局電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)處.電氣化鐵道設(shè)計(jì)手冊(cè).接觸網(wǎng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1983.

[3]電氣化鐵道接觸網(wǎng) 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司譯 北京：中國(guó)電力出版社，2003.