接觸網(wǎng)電分相分析

柴少?gòu)?qiáng)

摘 要：伴隨著我國(guó)鐵路的高速化進(jìn)程，電氣化鐵路接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備也進(jìn)行了很多新的改進(jìn)。文章針對(duì)鐵路提速對(duì)接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)的特殊要求，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)電氣化鐵路上幾種常見(jiàn)的電分相方式，討論了最優(yōu)的列車過(guò)電分相方案。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；接觸網(wǎng)；電分相

引言

在電氣化鐵道中，機(jī)車使用的電流來(lái)自三相電源，接觸網(wǎng)是由沿線各牽引變電所饋出的單相供電臂組成，為了防止三相電源偏載，就要將每個(gè)供電臂設(shè)置成不同的相位，在相鄰供電臂交接的位置，就需要對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行一些特別的設(shè)置，比如設(shè)置特殊的器件、特殊的結(jié)構(gòu)以及隔離開(kāi)關(guān)，既要能實(shí)現(xiàn)不同相電的電分段，更重要的是要能保證接觸網(wǎng)的平滑過(guò)渡及機(jī)車的受流質(zhì)量與行車安全。

1 電氣化鐵道的過(guò)分相技術(shù)類型器件式電分相

器件式電分相使用時(shí)間長(zhǎng)遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在安裝、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的過(guò)程中都比較容易操作，在普速鐵路中行車速度不高，器件式電分相也能基本滿足弓網(wǎng)關(guān)系要求，更因其無(wú)電區(qū)段非常短，所以特別適合在重載、大坡度區(qū)段的使用，也正因?yàn)槿绱?，器件式電分相在我?guó)的電氣化鐵路中特別是廣大的山區(qū)地段、貨運(yùn)線路中使用廣泛，為我國(guó)鐵路電氣化改造發(fā)揮了巨大作用。

然而器件式電分相在對(duì)彈性要求非常高的接觸網(wǎng)整體中顯得十分的笨重，加上它的機(jī)械性能較差，因此在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生了顯著的硬點(diǎn)，這一點(diǎn)也成為了困擾電氣化鐵路提速改造的主要問(wèn)題之一。

在講車載斷電自動(dòng)過(guò)電分相前，首先要講講傳統(tǒng)的人工斷電過(guò)分相的方式，按照相關(guān)規(guī)程在分相裝置兩側(cè)設(shè)置有“禁止雙弓”“斷”、“合”等標(biāo)識(shí)牌，列車在通過(guò)分相時(shí)，通過(guò)人工 望手動(dòng)控制機(jī)車斷路器的開(kāi)合，列車在斷電情況下以動(dòng)能惰行通過(guò)中性段無(wú)電區(qū)。這種需要人工頻繁操作過(guò)電分相的方式增加了司機(jī)的疲勞度和誤操作的概率，更重要的列車行駛的速度越高，操作時(shí)間越短，動(dòng)作更為頻繁，為列車的運(yùn)行安全產(chǎn)生了隱患，這就很大程度上限制了列車的提速。

車載斷電自動(dòng)過(guò)電分相是建立在人工控制斷電過(guò)電分相的基礎(chǔ)上，主要增加了四個(gè)方面的設(shè)備：在地面上增加感應(yīng)裝置、車載信號(hào)接收裝置、主電路增加開(kāi)合電路的設(shè)備以及增加相應(yīng)控制設(shè)備，達(dá)到了行車自動(dòng)化及智能化的過(guò)電分相。

如圖1所示，枕木上增加了4塊永磁體作為地面感應(yīng)器（值得一提的是在以后的運(yùn)營(yíng)中這種裝置基本上不用維護(hù)），機(jī)車在如圖所示方向前進(jìn)時(shí)，車載感應(yīng)裝置2#、4#接收到地面1#感應(yīng)器的信號(hào)，作為預(yù)備信號(hào)，機(jī)車上的控制裝置已經(jīng)做好斷電準(zhǔn)備；機(jī)車?yán)^續(xù)前進(jìn)，車載感應(yīng)裝置1#、3#收到2#地面感應(yīng)器的信號(hào)，此時(shí)，車上的控制器進(jìn)行確認(rèn)，通過(guò)一系列的控制斷開(kāi)機(jī)車主斷路器，機(jī)車在斷電狀況下，以列車動(dòng)能惰行通過(guò)中性段無(wú)電區(qū)；當(dāng)機(jī)車上的2#、4#車載感應(yīng)裝置經(jīng)過(guò)3#地面感應(yīng)器后，機(jī)車接收到有電恢復(fù)信號(hào)，再閉合機(jī)車主斷路器，恢復(fù)機(jī)車正常運(yùn)行。

這種過(guò)分相方式通過(guò)自動(dòng)化的控制程序替代了人工斷電過(guò)分相的操作，實(shí)現(xiàn)車載斷電自動(dòng)過(guò)分相，解放了人力，減少了誤操作，為列車提速提供了條件。

然而這種過(guò)分相列車存在明顯的斷電時(shí)間，喪失部分牽引力，有較大的速度損失，因此列車在過(guò)電分相前需要具有一定初始速度，因此不適合在低速、高坡、重載區(qū)段使用，也不適合我國(guó)采用調(diào)壓開(kāi)關(guān)控制型的SS1、SS3型電力機(jī)車。而且當(dāng)多臺(tái)機(jī)車牽引時(shí)，操作不同步，易造成機(jī)車沖動(dòng)、分離、列車斷鉤等安全事故，車載斷電自動(dòng)過(guò)分相的適用空間就表現(xiàn)的非常有限。

2 高速鐵路過(guò)分相技術(shù)

新世紀(jì)，在我國(guó)掀起的高速鐵路建設(shè)大浪潮中，展開(kāi)了各種新技術(shù)、新材料、新設(shè)備的大競(jìng)賽，在激烈的優(yōu)勝劣汰選擇中，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)車能高速、高效、安全的自動(dòng)過(guò)電分相。

2.1 地面帶電自動(dòng)過(guò)分相

地面帶電自動(dòng)過(guò)電分相是建立在快速有效的控制系統(tǒng)上，如圖2所示：在沒(méi)有列車通過(guò)時(shí)，分相裝置中的真空斷路器S1閉合、S2斷開(kāi)，中性段與左方供電臂同相。機(jī)車帶電通過(guò)第一個(gè)錨段關(guān)節(jié)（A區(qū)段），當(dāng)列車駛?cè)胲壍离娐稡區(qū)段時(shí)，在到達(dá)第二個(gè)錨段關(guān)節(jié)之前，軌道電路發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，使真空斷路器S1斷開(kāi)，0.25～0.35S后真空斷路器S2閉合，中性段與右方供電臂同相，列車通過(guò)第二個(gè)絕緣錨段關(guān)節(jié)b。當(dāng)列車駛出軌道電路區(qū)段C后，軌道電路發(fā)出信號(hào)，使真空斷路器S2斷開(kāi)，恢復(fù)到?jīng)]有列車的狀態(tài)。

這種過(guò)電分相方式使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不間斷供電，機(jī)車實(shí)現(xiàn)了帶負(fù)荷、免操作運(yùn)行，列車安全、準(zhǔn)確、自動(dòng)通過(guò)接觸網(wǎng)電分相區(qū)。接觸網(wǎng)供電電源的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，瞬間失電130ms，僅與列車運(yùn)行的位置相關(guān)，不受列車運(yùn)行速度、編組方式限制，適用于速度0-350km/h的各種運(yùn)行列車，為列車的提速提供了條件，適用于高速、高坡、重載電氣化鐵路、客運(yùn)專線等幾乎所有的電氣化鐵路，適用于國(guó)內(nèi)多種類型、各種控制方式的交直流、交流傳動(dòng)電力機(jī)車、動(dòng)車組，適用于多機(jī)編組的牽引運(yùn)行方式。

地面帶電自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電力機(jī)車主斷路器關(guān)合狀態(tài)下，乘務(wù)員免操作，帶電、帶負(fù)荷、安全、準(zhǔn)確地自動(dòng)通過(guò)電分相的運(yùn)行。提高了機(jī)車過(guò)分相的準(zhǔn)確性，保持了列車牽引力和運(yùn)行速度，有效地縮短了過(guò)分相的運(yùn)行時(shí)間，提高了線路的綜合運(yùn)輸能力?？朔藬嚯?、惰行等方式通過(guò)電分相的牽引力損失和帶來(lái)的運(yùn)輸安全隱患，提高了牽引供電、機(jī)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。因此，電力機(jī)車采用地面帶電自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)是可行和必要的。

2.2 錨段關(guān)節(jié)式過(guò)電分相

在高速鐵路的建設(shè)中出現(xiàn)了使用兩個(gè)錨段關(guān)節(jié)組成六跨、七跨、九跨等幾種形式的錨段關(guān)節(jié)式過(guò)電分相設(shè)置，以七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相為例：

其有2個(gè)電氣絕緣斷口，分別各設(shè)置1臺(tái)接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)。無(wú)電區(qū)約60 m，等效無(wú)電區(qū)約92米，中性區(qū)的距離小于190米（小于動(dòng)車組雙弓間距），適應(yīng)國(guó)內(nèi)的動(dòng)車組。（如圖3所示）

這種短分相模式既能適用于車載斷電自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)，也能適用于地面帶電自動(dòng)過(guò)電分相技術(shù)。綜合而言，短分相設(shè)計(jì)模式則更適用于地面感應(yīng)車載自動(dòng)斷電過(guò)分相技術(shù)。短分相模式是與車載斷電自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)相適應(yīng)的較為合理的分相設(shè)計(jì)模式，它可以長(zhǎng)效提高列車運(yùn)行速度、節(jié)約能源、方便調(diào)度運(yùn)行維護(hù)，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的客運(yùn)專線基本均采用這種過(guò)分相技術(shù)。

采用短分相模式的車載斷電自動(dòng)過(guò)電分相形式，列車在中性區(qū)相位進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間極短，機(jī)車的斷電時(shí)間幾乎可以忽略不計(jì)，非常適合高速鐵路。它投資小、維護(hù)方便、可靠度和安全性較高，且可預(yù)留一個(gè)合適的時(shí)限完成電源切換工作，從而避免瞬間換相對(duì)機(jī)車電路及牽引網(wǎng)保護(hù)提出的更高技術(shù)要求。因其在關(guān)節(jié)中的兩個(gè)斷口上裝設(shè)兩臺(tái)接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)并進(jìn)行電氣閉鎖，有利于越區(qū)供電的靈活性，而越區(qū)供電對(duì)提高牽引供電可靠性有著非常重要的意義。

當(dāng)然短分相模式的車載斷電自動(dòng)過(guò)電分相技術(shù)也有其的不足，當(dāng)動(dòng)車高速通過(guò)電分相時(shí)，機(jī)車從不同相投切的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，機(jī)車主變壓器產(chǎn)生合閘涌流，輔機(jī)回路產(chǎn)生過(guò)電流，因此相應(yīng)的設(shè)備就要有改善和降低操作過(guò)電壓的措施，針對(duì)某條線路上運(yùn)行的動(dòng)車應(yīng)按照該線路上分相裝置設(shè)備廠家提供的方案進(jìn)行相關(guān)的改造，以確保機(jī)車能正常通過(guò)分相。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了我國(guó)電氣化鐵路上的幾種電分相形式，著重分析了各種電分相形式的優(yōu)劣性以及鐵路提速過(guò)程中對(duì)電分相結(jié)構(gòu)的設(shè)置要求。同時(shí)提出最優(yōu)的配置方案，并對(duì)應(yīng)個(gè)別問(wèn)題提出解決辦法，以適應(yīng)速度等級(jí)不斷提高的電氣化鐵路。

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