渝利鐵路帶加強(qiáng)線全并聯(lián)直供接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案研究

萬(wàn)連錄，關(guān)金發(fā)

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031;2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都 610031)

渝利鐵路帶加強(qiáng)線全并聯(lián)直供接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案研究

萬(wàn)連錄1，關(guān)金發(fā)2

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031;2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都 610031)

渝利線是客貨共線山區(qū)電氣化鐵路，大牽引負(fù)荷是影響該鐵路供電系統(tǒng)載流能力的主要控制因素，為了解決山區(qū)鐵路供電需求，通過(guò)采用帶加強(qiáng)線全并聯(lián)的直接供電方式，研究提出了與該供電方式相適應(yīng)的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案。

山區(qū)鐵路;接觸網(wǎng);直接供電;全并聯(lián);加強(qiáng)線

1 概述

重慶至利川鐵路是規(guī)劃建設(shè)的滬-漢-蓉客運(yùn)通道的重要組成部分，線路地處我國(guó)中、西部地區(qū)的接合部，西起重慶市，向東途經(jīng)重慶市長(zhǎng)壽區(qū)、涪陵區(qū)、豐都縣和石柱縣，止于湖北省利川市，正線全長(zhǎng)262.278 km。

該線為200 km/h客貨共線山區(qū)電氣化鐵路，客車最高運(yùn)行速度為200 km/h，貨車最高運(yùn)行速度120 km/h，線路多以山地地形為主，線路加力坡18.5‰，特別是豐都至涼霧區(qū)段均為一面坡，坡度很大，全線客車采用SS9雙機(jī)牽引和200 km/h動(dòng)車，貨車采用HXD1雙機(jī)牽引，牽引定數(shù)3 500 t，單列機(jī)車功率很高，需要很大的牽引電流，一般為400～900 A。在列車連續(xù)追蹤運(yùn)行的情況下，客貨車需要很大牽引電流，成為影響牽引供電系統(tǒng)載流能力的主要控制因素。

為解決上述問(wèn)題，結(jié)合文獻(xiàn)［1-8］中提出的全并聯(lián)直供供電方式的研究，與AT供電方式相比，全并聯(lián)直接供電針對(duì)山區(qū)電氣化鐵道有供電設(shè)備較少、投資較小、供電能力能滿足鐵路不同的運(yùn)行要求等優(yōu)勢(shì)，故本研究采用該供電方式。而接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案的研究多數(shù)針對(duì)有些特殊地段，如文獻(xiàn)［9］針對(duì)的是跨線橋，文獻(xiàn)［10］針對(duì)地鐵高架段，文獻(xiàn)［11］針對(duì)一個(gè)站臺(tái)，文獻(xiàn)［12］針對(duì)地鐵公路合建橋，本研究針對(duì)的并不是特殊地段，而是直接全補(bǔ)償?shù)墓╇姺绞?，故本研究適用的范圍更為廣泛。綜上所述，結(jié)合渝利線的情況，特提出如下接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案。

(1)采用帶回流線的全并聯(lián)直接供電方式，在供電臂末端上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)的同時(shí)，供電臂中間增加并聯(lián)點(diǎn)。

(2)考慮并聯(lián)點(diǎn)全分段供電方式，在并聯(lián)點(diǎn)處增設(shè)錨段關(guān)節(jié)。

(3)針對(duì)客貨車對(duì)牽引電流需求相對(duì)很大的地段增設(shè)加強(qiáng)線。

由于牽引電流較大，單支回流線無(wú)法滿足要求，故采取并聯(lián)上下行回流線的方式提高回流能力。通過(guò)執(zhí)行上述設(shè)計(jì)方案，可將該線路坡道上的接觸網(wǎng)大牽引負(fù)荷分配到下坡接觸網(wǎng)，從而降低牽引網(wǎng)電壓損失和電能損耗，提高牽引網(wǎng)綜合載流能力。以下結(jié)合渝利線的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案展開詳細(xì)的闡述。

1 全并聯(lián)直接供電方式

全并聯(lián)直接供電方式在供電臂中間增加并聯(lián)點(diǎn)需設(shè)置并聯(lián)開關(guān)站，目前，并聯(lián)開關(guān)站主要有以下2種接線形式。

1.1 單斷路器形式

并聯(lián)所采用室外箱式布置，由1臺(tái)并聯(lián)斷路器構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)上下行并聯(lián)功能。為滿足并聯(lián)所功能需求，一次設(shè)備基本配置如下，系統(tǒng)接線方案見圖1。從圖1可知，單斷路器全并聯(lián)供電方式是在供電臂中間和分區(qū)所處增設(shè)上下行并聯(lián)點(diǎn)，此種方式在將接觸網(wǎng)上不需要增加電分段。

1.2 全分段式多斷路器形式

全分段式多斷路器式全并聯(lián)直接供電方式是由4臺(tái)分段斷路器及上下行并聯(lián)母線構(gòu)成，系統(tǒng)接線方案見圖2。本形式需在接觸網(wǎng)上下行設(shè)置電分段，實(shí)現(xiàn)正常供電時(shí)供電分區(qū)，電分段上需設(shè)置隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)站故障退出時(shí)、閉合開關(guān)，保證接觸網(wǎng)供電。

圖1 單斷路器方案并聯(lián)所系統(tǒng)接線方案

圖2 全分段式多斷路器并聯(lián)所系統(tǒng)接線方案

接觸網(wǎng)電分段可采用分段絕緣器式分段、絕緣錨段關(guān)節(jié)式分段?？紤]采用錨段關(guān)節(jié)方式適應(yīng)性最強(qiáng)，尤其在新線布置時(shí)，在并聯(lián)裝置處將非絕緣錨段關(guān)節(jié)調(diào)整為絕緣錨段關(guān)節(jié)，幾乎不增加網(wǎng)上投資。此處，在應(yīng)用全分段式并聯(lián)直接供電方式時(shí)，增設(shè)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)或五跨絕緣錨段關(guān)節(jié)。

2 全分段并聯(lián)所處的絕緣錨段關(guān)節(jié)

全分段式并聯(lián)開關(guān)站處，接觸網(wǎng)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)布置如圖3所示。絕緣錨段關(guān)節(jié)處為四跨轉(zhuǎn)換，設(shè)1處中心柱，2處轉(zhuǎn)換柱。中心柱上雙支間絕緣布置，轉(zhuǎn)換柱上非絕緣布置。引接線采用跨越方式引入開關(guān)站，見圖4。

圖3 全分段并聯(lián)所處的四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)

圖4 跨越線路引接線

其中，圖3的隔離開關(guān)1～4根據(jù)接觸網(wǎng)有無(wú)增設(shè)加強(qiáng)線，而采用不同的隔離開關(guān)形式。當(dāng)該段接觸網(wǎng)無(wú)加強(qiáng)線時(shí)，可采用單極隔離開關(guān)，具體接線見圖5;當(dāng)該段接觸網(wǎng)有加強(qiáng)線時(shí)，可采用雙極隔離開關(guān)，具體接線見圖6。

圖5 無(wú)加強(qiáng)線時(shí)并聯(lián)所外部接線

圖6 帶加強(qiáng)線時(shí)并聯(lián)所外部接線

3 接觸網(wǎng)懸掛方案

帶加強(qiáng)線的直接供電方式與直接供電方式在接觸網(wǎng)懸掛的方案上的主要區(qū)別在于加強(qiáng)線與回流線須保證大于2 m的絕緣距離，以滿足高低壓附加導(dǎo)線垂直排列的絕緣距離要求。路基和橋上的接觸網(wǎng)懸掛形式見圖7。在隧道頂部采用復(fù)合絕緣子懸掛加強(qiáng)線，加強(qiáng)線位于平腕臂上方，因兩者之間等電位，只需要保證兩者之間不摩擦即可，具體懸掛形式見圖8。

不帶加強(qiáng)線的直供加回流供電方式可取消加強(qiáng)線懸掛部件即完成接觸網(wǎng)懸掛。

圖7 隧道外中間柱接觸網(wǎng)懸掛形式(單位:m)

圖8 隧道內(nèi)中間柱接觸網(wǎng)懸掛形式

4 回流方案

經(jīng)計(jì)算，渝利線上一個(gè)供電臂運(yùn)行20 min過(guò)程中產(chǎn)生的最大電流為2 527 A，單支回流線無(wú)法滿足回流要求，因此，考慮利用上下行回流線并聯(lián)回流來(lái)提高回流能力。

又因?yàn)橛謇€采用貫通地線的接地方式，每500 m左右上下行貫通地線要連接1次。此時(shí)，單支回流線可通過(guò)扼流變與鋼軌、貫通地線連接來(lái)達(dá)到上下行并聯(lián)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)采取上下行并聯(lián)的直接供電方式，在增設(shè)并聯(lián)所處考慮設(shè)計(jì)絕緣錨段關(guān)節(jié)，并提出錨段關(guān)節(jié)的接線方式，然后給出接觸網(wǎng)隧道內(nèi)和隧道外的懸掛方案和回流方案，完成渝利線接觸網(wǎng)方案的設(shè)計(jì)，提高渝利線的綜合載流能力。

雖然本文解決的是山區(qū)客貨共線鐵路接觸網(wǎng)的方案設(shè)計(jì)，但需要強(qiáng)調(diào)的是，帶加強(qiáng)線的全并聯(lián)直接供電方式不局限于山區(qū)，對(duì)于上下行牽引網(wǎng)負(fù)荷差異明顯的重載及大坡道等線路，采用該設(shè)計(jì)方案，同樣具有非常突出的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

由于該線尚未投入運(yùn)營(yíng)，缺少實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但該接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案已通過(guò)設(shè)計(jì)審核，并在渝利鐵路全線接觸網(wǎng)開展施工作業(yè)，說(shuō)明該技術(shù)方案的可行性和合理性。

［1］ 鄧云川.帶回流線直供全并聯(lián)供電在山區(qū)電氣化鐵路的應(yīng)用［J］.高速鐵路技術(shù)，2011(6):27-31.

［2］ 許曉蓉.直供全并聯(lián)供電方式下并聯(lián)所設(shè)計(jì)方案探討［J］.高速鐵路技術(shù)，2012(1):9-14.

［3］ 鄧云川.關(guān)于山區(qū)電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)問(wèn)題的討論［J］.電氣化鐵道(2萬(wàn)公里論文集)，2005:188-191.

［4］ 刑曉乾.帶加強(qiáng)線的全并聯(lián)直接供電技術(shù)的研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2011.

［5］ 杜川.直供式全并聯(lián)供電系統(tǒng)的研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2012.

［6］ 杜瑞建.提高山區(qū)鐵路直供方式供電能力的研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(1):105-108.

［7］ 楚振宇.直供全并聯(lián)供電方式牽引網(wǎng)載流能力分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(9):88-91.

［8］ 楚振宇.復(fù)線電氣化鐵路直供牽引網(wǎng)載流能力的計(jì)算［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(8):88-90.

［9］ 劉長(zhǎng)志.跨線建筑物下接觸網(wǎng)懸掛設(shè)計(jì)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(增刊):417-421.

［10］曹毅.西安地鐵3號(hào)線高架段接觸網(wǎng)方案研究［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011(2):24-29.

［11］魏忠超.武廣線小站接觸網(wǎng)平面施工設(shè)計(jì)方案優(yōu)化［J］.電氣化鐵道，2000(3):32-33.

［12］王正.地鐵與公路合建橋接觸網(wǎng)特殊設(shè)計(jì)方案［J］.電氣化鐵道，2012(6):16-18.

Research on Design Scheme of Overhead Contact Line System of All-parallel Direct Feeding System with Line Feeder for Chongqing-Lichuan Railway

WAN Lian-lu1，GUAN Jin-fa2
(1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China;2.School of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

Chongqing-Lichuan Railway is a mountainous electrified railway for mixed passenger and freight transportations.And heavy traction load is the main control factor of the current carrying capacity of power supply system for this railway.In order to meet the demand of electricity supply of this mountainous railway，this paper，by using all-parallel direct feeding system with the line feeder，provides a design scheme of overhead contact line system corresponding to this all-parallel direct feeding system.

mountainous railway;overhead contact line system;direct feeding system;all-parallel;line feeder

U225

A

1004-2954(2013)09-0093-03

2013-02-01;

2013-02-27

萬(wàn)連錄(1975—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail:3835963@qq.com。