接觸網(wǎng)三斷口式電分相在廣深線的應(yīng)用與改進(jìn)

趙紫興

接觸網(wǎng)三斷口式電分相在廣深線的應(yīng)用與改進(jìn)

趙紫興

介紹了廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)器件式電分相的運(yùn)行情況和改造的必要，論證了三斷口式電分相工程應(yīng)用的合理性，并提出一種適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)改進(jìn)方案。

三斷口式電分相；廣深鐵路；設(shè)計(jì)；改進(jìn)

0 引言

廣深鐵路Ⅲ、Ⅳ線初始設(shè)計(jì)、規(guī)劃主要以運(yùn)行貨物列車和長(zhǎng)途普通旅客列車為主，接觸網(wǎng)電分相裝置也設(shè)計(jì)采用了無電區(qū)段緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、運(yùn)營(yíng)維護(hù)相對(duì)容易的器件式電分相設(shè)備。

近年來，隨著珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，廣深鐵路的客運(yùn)壓力越來越大，廣深Ⅰ、Ⅱ線城際列車的行車組織已呈飽和狀態(tài)，亟待向Ⅲ、Ⅳ線進(jìn)行分流，同時(shí)港九直通車Ktt也部分換道Ⅲ、Ⅳ線運(yùn)行。在此運(yùn)輸條件下，既有器件式電分相裝置已不能滿足多類別機(jī)車高速運(yùn)行通過的弓網(wǎng)關(guān)系要求。2013年2月，廣深鐵路股份有限公司設(shè)立專項(xiàng)研究對(duì)Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)電分相裝置進(jìn)行技術(shù)改造，以期改良和提升接觸網(wǎng)系統(tǒng)的整體牽引供電性能。

1 廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)器件式電分相狀況

廣深鐵路自廣州東站起，至深圳站止，正線長(zhǎng)度147 km，是國(guó)內(nèi)外少有的長(zhǎng)距四線并行鐵路。廣深Ⅲ線接觸網(wǎng)建成于2000年9月，并受隨后廣深Ⅳ線接觸網(wǎng)工程影響對(duì)部分區(qū)段進(jìn)行了改造；廣深Ⅳ線接觸網(wǎng)建成于2007年4月，所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與廣深Ⅲ線接觸網(wǎng)相一致。設(shè)計(jì)之初結(jié)合廣深Ⅲ、Ⅳ線在本地區(qū)路網(wǎng)中的運(yùn)輸定位，為有效控制工程投資，降低施工難度，特別是考慮到四線并行區(qū)段接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)布置相互干擾和制約，給日后供電管理部門的維護(hù)檢修帶來不便，因此確定廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)采用器件式電分相裝置。

廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)既有器件式電分相全線共計(jì)11處，其中下元站牽引變電所的2處電分相均設(shè)置在四線并行的接觸網(wǎng)單支柱區(qū)段；茶山站牽引變電所的2處電分相均設(shè)置在四線并行的接觸網(wǎng)硬橫梁區(qū)段；平湖站牽引變電所的3處電分相有2處設(shè)置在兩線并行的單支柱區(qū)段，1處設(shè)置在三線并行的硬橫梁區(qū)段；仙村站和樟木頭站分區(qū)所的2處電分相都是在四線并行的單支柱和硬橫梁區(qū)段各設(shè)1處。這種被稱為器件式電分相的裝置采用的是由4組獨(dú)立絕緣元件串接在一起形成電氣上絕緣分開、機(jī)械上連續(xù)無間隔的鏈狀結(jié)構(gòu)。與更為常見的由三組菱形絕緣元件串接的電分相結(jié)構(gòu)相比較，增加一組絕緣元件可以增加絕緣可靠性，延長(zhǎng)中性區(qū)的有效長(zhǎng)度，能更好適應(yīng)新型電力機(jī)車運(yùn)行的需要。在廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)建成投運(yùn)后的數(shù)年時(shí)間里，器件式電分相基本滿足了電力機(jī)車正常運(yùn)行的弓網(wǎng)要求。

2 接觸網(wǎng)適應(yīng)性改造對(duì)電分相的技術(shù)要求

根據(jù)鐵路科研院所和工程單位多平臺(tái)弓網(wǎng)模擬試驗(yàn)的結(jié)論，以及鐵路局供電段定期大范圍對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和監(jiān)控的結(jié)果可知，電力機(jī)車在普速行駛（通常泛指低于120 km/h的行駛速度）和高速行駛環(huán)境條件下，接觸網(wǎng)呈現(xiàn)出的工況存在著較大的差異。普速運(yùn)行的機(jī)車其負(fù)荷主要是牽引負(fù)載和克服線路阻力所需動(dòng)力，牽引特性表現(xiàn)為負(fù)荷小和非均勻性，受電弓取流過程對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系擬合度的敏感性略低，受電弓離線率和拉弧現(xiàn)象也相對(duì)較少。而高速運(yùn)行的機(jī)車牽引負(fù)荷除了牽引負(fù)載和克服線路阻力所需動(dòng)力外，更大占比的是為克服高速行駛下空氣阻力所需要的動(dòng)力消耗，因此如何保證受電弓由接觸網(wǎng)持續(xù)的、穩(wěn)定的、大流量的獲取牽引電流成為衡量接觸網(wǎng)系統(tǒng)性能的首要指標(biāo)。在此技術(shù)約束條件下，器件式電分相裝置的不足就凸顯出來，接觸網(wǎng)斷口安裝、荷載集中、彈性變差、硬點(diǎn)不可消除、離線率偏高、易發(fā)生閃絡(luò)等不利因素都成為了安全隱患。

近年來，隨著廣深Ⅲ、Ⅳ線的動(dòng)車組等客運(yùn)列車行車對(duì)數(shù)持續(xù)增加，廣深Ⅲ、Ⅳ線既有接觸網(wǎng)多點(diǎn)、局部的適應(yīng)性技術(shù)改造也逐項(xiàng)展開。采用何種型式的錨段關(guān)節(jié)電分相替代既有的器件式電分相，既能夠?qū)崿F(xiàn)接觸網(wǎng)少硬點(diǎn)、無硬點(diǎn)平滑過渡，又可以有效控制改造工程的投資規(guī)模和影響范圍，成為設(shè)計(jì)單位必須深入研究的技術(shù)課題。

3 三斷口式電分相方案的設(shè)計(jì)選用和改進(jìn)

為了解決廣深Ⅲ、Ⅳ線運(yùn)行港九Ktt列車和內(nèi)地16輛編組旅客列車的雙受電弓同時(shí)取流問題，對(duì)既有器件式電分相裝置的技術(shù)改造有2種方案可供選擇，其一是拆除器件式電分相位置鄰近的接觸網(wǎng)支柱和接觸懸掛，改建為運(yùn)輸局曾發(fā)文規(guī)定的中性段長(zhǎng)度不大于190 m、由2個(gè)絕緣錨段關(guān)節(jié)相重疊的兩斷口式電分相；其二是保留既有的接觸網(wǎng)硬橫梁和單支柱不變化，在原器件式電分相位置前后通過新設(shè)下錨安裝、拆改腕臂裝配和接觸懸掛、調(diào)整錨段關(guān)節(jié)平面布置、加設(shè)絕緣子串等，改造出包含有3個(gè)斷口和2個(gè)中性段的絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相。

前文中提到，廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)的11處電分相均分布于鐵路四線并行區(qū)段，其中5處電分相還設(shè)置在硬橫梁合架范圍以內(nèi)。在這種特殊鐵路地理?xiàng)l件下，如果再考慮廣深線日均220對(duì)以上行車密度的施工環(huán)境，改建小跨距絕緣錨段關(guān)節(jié)電分相的方案顯然不具有任何技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)勢(shì)，因此工程設(shè)計(jì)最終確定選用三斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)電分相的改造方案。

三斷口式電分相的技術(shù)方案根據(jù)其2個(gè)中性段是否單獨(dú)設(shè)立錨段，可以細(xì)分為中性段采用獨(dú)立錨段的四跨絕緣關(guān)節(jié)疊加的10跨電分相和五跨絕緣關(guān)節(jié)疊加的13跨電分相，以及中性段不采用獨(dú)立錨段的四跨絕緣關(guān)節(jié)疊加的八跨電分相和五跨絕緣關(guān)節(jié)疊加的11跨電分相。這總計(jì)4種解決方案的三斷口式電分相目前都得到了廣泛的工程應(yīng)用，但在廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)器件式電分相技改設(shè)計(jì)中受既有線路和設(shè)備條件約束，實(shí)施起來比較困難，為此設(shè)計(jì)部門提出了更緊湊的改進(jìn)型三斷口式絕緣關(guān)節(jié)電分相方案，如圖1所示。

圖1 三斷口式七跨絕緣錨段關(guān)節(jié)電分相示意圖

為滿足廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，改進(jìn)后的三斷口式電分相2個(gè)中性段不采用獨(dú)立錨段形式，將理論上的四跨+三跨+四跨3個(gè)絕緣錨段關(guān)節(jié)疊加后形成七跨絕緣關(guān)節(jié)式電分相，從而有效縮減電分相裝置順線路布置的長(zhǎng)度。由圖1可知，對(duì)于Ktt等旅客列車的雙受電弓獨(dú)立取流，無論受電弓間距如何設(shè)定，兩架受電弓都不會(huì)將3個(gè)斷口同時(shí)短接，從而確保了接觸網(wǎng)電分相兩側(cè)異相供電的安全性。為了縮短機(jī)車在電分相中性段區(qū)域因誤操作失電的救援時(shí)間，該方案在機(jī)車前進(jìn)方向還設(shè)置了接觸網(wǎng)救援開關(guān)，倒車方向設(shè)置了反行救援開關(guān)。

4 工程實(shí)施情況和設(shè)計(jì)應(yīng)用建議

廣深Ⅲ、Ⅳ線接觸網(wǎng)器件式電分相技改工程經(jīng)過項(xiàng)目前期的流程后，于2014年下半年進(jìn)入正式施工階段，由中鐵電氣化局第三工程有限公司承擔(dān)建設(shè)任務(wù)。到目前為止，全線11處器件式電分相基本上改造完畢。供電段接觸網(wǎng)檢測(cè)車的弓網(wǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示，改造后的電分相裝置滿足硬點(diǎn)值低于50g的相關(guān)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，弓網(wǎng)關(guān)系得到明顯改善，整體上達(dá)到了該項(xiàng)工程的預(yù)期效果。

針對(duì)器件式電分相改造為中性段不采用獨(dú)立錨段的七跨絕緣關(guān)節(jié)的三斷口式電分相，設(shè)計(jì)應(yīng)用有如下幾點(diǎn)建議：

（1）設(shè)計(jì)利舊使用原接觸網(wǎng)硬橫梁或單支柱時(shí)，應(yīng)重新核算支柱需求容量，并充分考慮支柱類型、安裝方式、基礎(chǔ)沉降狀況、支柱容量折損等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)情因素，必要時(shí)增設(shè)個(gè)別支柱。

（2）中間兩根轉(zhuǎn)換柱的絕緣子串間接觸網(wǎng)非支懸掛與相鄰的工支懸掛間應(yīng)安裝關(guān)節(jié)電連接；電分相中心的三跨絕緣關(guān)節(jié)三角區(qū)高度應(yīng)盡量調(diào)整控制在40～60 mm之間。

（3）在任何情況下，電分相的救援開關(guān)和反行救援開關(guān)絕對(duì)不允許同時(shí)閉合；開關(guān)電連接安裝時(shí)要避免短接電分相的中性段。

5 結(jié)語

改進(jìn)后的三斷口式電分相裝置型式簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，施工方便，能適應(yīng)多種機(jī)車編組方式和客貨混跑運(yùn)輸環(huán)境，在既有電氣化鐵路接觸網(wǎng)改造工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 丁為民.三斷口式接觸網(wǎng)電分相裝置原理及其應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2007 （4）：21-22.

The paper introduces the operation status and reconstruction necessity for phase break with three insulated overlaps in overhead contact system on Guangzhou-Shenzhen railway line 3 and line 4, illustrates the rationality of phase break with three insulated overlaps applied in the engineering, and puts forward a technical improving scheme adaptable to the site conditions.

Phase break with three insulated overlaps; Guangzhou-Shenzhen railway; design; improvement

U225.4

：B

：1007-936X(2016)03-0019-03

2016-02-25

趙紫興. 中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，高級(jí)工程師，電話：13011330998。