城際鐵路接觸網(wǎng)電分相技術(shù)研究

李慶軍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,710043,西安∥工程師)

?

城際鐵路接觸網(wǎng)電分相技術(shù)研究

李慶軍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,710043,西安∥工程師)

根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn),分析得出了城際鐵路對接觸網(wǎng)電分相設(shè)置的影響因素。在保證弓網(wǎng)受流良好和盡量減小對列車運(yùn)行速度影響的原則下,提出了適用于城際鐵路的接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)形式,以及電分相地面標(biāo)識牌、電分相地面磁感應(yīng)器等的設(shè)置要求。

城際鐵路; 接觸網(wǎng)電分相; 電分相磁感應(yīng)器; 電分相標(biāo)識牌

Author′s address China Railway First Survey & Design Institute Group Co.,Ltd.,710043,Xi′an,China

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)化建設(shè)加快,為滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城市群內(nèi)部日益增長的客運(yùn)需求,在城市群間修建城際鐵路是我國鐵路建設(shè)發(fā)展的重點(diǎn)。由于城際鐵路的獨(dú)特性,其電分相設(shè)置,原則上不能完全參照國家鐵路電分相的相關(guān)規(guī)定,因此,有必要對城際鐵路電分相技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,為城際鐵路電分相設(shè)計(jì)提供參考。

1 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相的設(shè)置原則

城際鐵路是指經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密地區(qū)中心城市之間大運(yùn)量、快速、銜接合理的公交化軌道交通。與國家干線鐵路相比,其長度一般不超過400 km,凸顯的是網(wǎng)絡(luò)化、公交化特征,是現(xiàn)在國際上城市群內(nèi)合理、有效的交通方式。其基本特點(diǎn)為高密度、小編組、公交化及方便快捷[1]。

根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn),分析得出城際鐵路對接觸網(wǎng)電分相設(shè)置的影響因素:①設(shè)計(jì)速度在200 km/h及以下、僅運(yùn)行動(dòng)車組列車的客運(yùn)鐵路,不考慮普通電力機(jī)車上線運(yùn)營;②列車為小編組,一般采用8輛編組,受電弓按單弓運(yùn)行考慮。

基于以上分析,城際鐵路電分相設(shè)置的基本原則為:動(dòng)車組高速通過接觸網(wǎng)電分相時(shí),應(yīng)保證弓網(wǎng)關(guān)系穩(wěn)定,受電弓良好取流;電分相斷電區(qū)應(yīng)盡可能短,盡量減小動(dòng)車組通過時(shí)對運(yùn)行速度的影響。

2 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相的設(shè)置

2.1 現(xiàn)有電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相分為器件式和關(guān)節(jié)式兩種結(jié)構(gòu)。器件式電分相由3個(gè)分相絕緣器組成;關(guān)節(jié)式電分相一般由2個(gè)或3個(gè)絕緣關(guān)節(jié)組成,根據(jù)中性段的個(gè)數(shù),其結(jié)構(gòu)可分為2斷口、三斷口兩種類型。關(guān)節(jié)式電分相可由2組或3組四跨、五跨絕緣關(guān)節(jié)按重疊或不重疊組合成多種跨別的長短分相形式,以滿足不同的機(jī)車或動(dòng)車組的運(yùn)營要求。

2.2 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)選擇

器件式電分相目前大多數(shù)運(yùn)營在設(shè)計(jì)速度為120 km/h以下線路,由于其自身質(zhì)量產(chǎn)生的硬點(diǎn)導(dǎo)致其容易打碰受電弓而引發(fā)弓網(wǎng)故障,因此器件式電分相不能適應(yīng)城際鐵路快速運(yùn)行的要求。關(guān)節(jié)式電分相采用的是相間空氣絕緣工作原理,這不僅能夠提高供電的可靠性,而且弓網(wǎng)取流的質(zhì)量和安全性也得到了很好的保證[7],能夠滿足各種速度下電氣化鐵路發(fā)展的需要,因此,城際鐵路接觸網(wǎng)電分相應(yīng)采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)。

2.2.1 關(guān)節(jié)式電分相跨數(shù)選擇

目前,我國電氣化鐵路中采用的兩斷口關(guān)節(jié)式電分相主要有六跨、七跨、十一跨、十三跨、十六跨等,三斷口關(guān)節(jié)式電分相主要為八跨。八跨三斷口關(guān)節(jié)式電分相具有能適應(yīng)多弓運(yùn)行、不受弓間距限制等優(yōu)點(diǎn),但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,無電區(qū)較長,一般適用于客貨混運(yùn),多機(jī)重載鐵路;而對于單弓或雙弓運(yùn)行的客運(yùn)鐵路,一般采用兩斷口關(guān)節(jié)式電分相。由于城際鐵路動(dòng)車組為單弓運(yùn)行,為盡量減小動(dòng)車組過分相后的速度損失,城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)宜選用無電區(qū)較短的六跨關(guān)節(jié)式電分相(見圖1)。

圖1 六跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖

2.2.2 關(guān)節(jié)式電分相跨距長度的選擇

為減小動(dòng)車組過分相后的速度損失,電分相中性區(qū)段應(yīng)盡量短,從而每個(gè)跨距應(yīng)盡可能小。接觸線下錨偏角及非工作支抬高量是確定最小跨距長度的決定因素。

按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,接觸線偏角一般情況下不大于6°。若側(cè)面限界為3.1 m,支柱的半寬為0.2 m,則考慮接觸線下錨偏角因素情況下,關(guān)節(jié)式電分相最小跨距為31.4 m。

按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,絕緣關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換柱非工作支的抬高量正常情況下不應(yīng)小于500 mm。若四跨絕緣關(guān)節(jié)非工作支需從中心柱到轉(zhuǎn)換柱一次抬高500 mm,最小跨距應(yīng)保證在中心柱處不產(chǎn)生上拔力,則考慮接觸線非工作支抬高量因素情況下,關(guān)節(jié)式電分相最小跨距為:

(1)

式中:

T——張力,kN;

F——抬高量,m;

G——單位自重負(fù)載,kN/m。

幾類典型接觸線規(guī)格的額定張力與關(guān)節(jié)式電分相最小跨距之間的匹配關(guān)系見表1。

表1 不同規(guī)格接觸線的額定張力與關(guān)節(jié)式電分相最小跨距之間的匹配關(guān)系

綜合考慮接觸線下錨偏角和非工作支抬高量因素,關(guān)節(jié)式電分相最小跨距應(yīng)取為38.5 m,再考慮到施工誤差等因素,關(guān)節(jié)式電分相跨距長度宜取為40 m。

2.3 接觸網(wǎng)電分相設(shè)置位置要求

(1) 電分相應(yīng)盡量避免設(shè)置在連續(xù)大坡道、變坡點(diǎn)及出站加速區(qū)段,以盡量減小對列車行車速度的影響。

(2) 電分相應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置在路基及橋梁區(qū)段,盡量避免設(shè)置在隧道區(qū)段,以便于檢修維護(hù)管理,保證運(yùn)輸安全。

(3) 為保證列車全車過分相又接到停車信號后能夠安全地停在電分相之外,同時(shí)為保證列車在信號機(jī)處停車啟動(dòng)以及啟動(dòng)后能夠以慣性安全、可靠地通過電分相,電分相中性區(qū)段至最近信號機(jī)的距離不應(yīng)小于350 m。

(4) 電分相的設(shè)置位置應(yīng)經(jīng)行車、信號及供電專業(yè)檢算確認(rèn)。

3 接觸網(wǎng)電分相地面標(biāo)識牌的設(shè)置

電分相地面標(biāo)識牌是列車自動(dòng)過分相的后備措施,一旦發(fā)生自動(dòng)控制設(shè)備故障或未投入使用時(shí),司機(jī)可根據(jù)地面標(biāo)識牌采用人工控制方式實(shí)現(xiàn)列車斷電過分相。

3.1 人工控制過分相工作原理

由于城際鐵路僅通行動(dòng)車組列車,因此,在列車運(yùn)行前進(jìn)方向只需設(shè)置“斷”標(biāo)和“合”標(biāo)。當(dāng)列車在“斷”標(biāo)處未完成斷開主斷路器實(shí)現(xiàn)列車取流為0時(shí),司機(jī)應(yīng)立即手動(dòng)強(qiáng)迫啟動(dòng)斷開主斷路器的分閘流程;當(dāng)列車通過“合”標(biāo)處,尚未啟動(dòng)合閘流程時(shí),司機(jī)可手動(dòng)強(qiáng)迫啟動(dòng)合閘流程。

3.2 電分相地面標(biāo)識牌的設(shè)置位置

為避免動(dòng)車組帶電通行中性區(qū)段導(dǎo)致接觸網(wǎng)損傷,“斷”標(biāo)的位置應(yīng)適當(dāng)考慮人工操作的反應(yīng)時(shí)間,應(yīng)延遲1.0 ～1.5 s的安全預(yù)量,可參照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分)和原鐵道部鐵運(yùn)[2011]49號文《關(guān)于設(shè)置高速鐵路電分相標(biāo)識暫行規(guī)定的通知》的規(guī)定設(shè)置,“斷”標(biāo)的位置宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處。

“合”標(biāo)的位置應(yīng)根據(jù)中性區(qū)段終止位置及動(dòng)車組末端受電弓距頭部駕駛室距離設(shè)置,確保動(dòng)車組通過該處后,受電弓能離開中性區(qū)段,以防止發(fā)生相間短路事故并保障設(shè)備的安全。

目前我國適用于城際鐵路運(yùn)行的設(shè)計(jì)速度為200 km/h及以下的動(dòng)車組有CRH1、CRH2、CRH5及CRH6,不同型號的動(dòng)車組末端受電弓距頭部駕駛室距離見表2。

表2 不同型號動(dòng)車組末端受電弓距列車頭部駕駛室距離

根據(jù)表2可得出,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)不小于176.5 m處,再考慮到施工誤差等因素,該值取為180 m。

綜上所述,城際鐵路接觸網(wǎng)電分相“斷”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)180 m處,如圖2所示。線路反方向按相同原則設(shè)置。

圖2 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相地面標(biāo)識牌示意圖

4 接觸網(wǎng)電分相地面磁感應(yīng)器的設(shè)置

電分相地面磁感應(yīng)器是車載自動(dòng)過分相的地面定位信號,當(dāng)列車上的車載控制設(shè)備采集到地面磁感應(yīng)器提供的“預(yù)告點(diǎn)”、“強(qiáng)迫斷點(diǎn)”、“恢復(fù)1”和“恢復(fù)2”過分相信息時(shí),能及時(shí)控制主斷路器的分閘或合閘,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制列車斷電過分相。

4.1 車載自動(dòng)過分相工作原理

列車正向運(yùn)行時(shí),當(dāng)列車前端通過“預(yù)告點(diǎn)”處時(shí),車載控制設(shè)備開始向列車發(fā)送預(yù)告模式斷電過分相指令(啟動(dòng)主斷路器分閘流程);在“強(qiáng)迫斷點(diǎn)”處如果還未完成主斷器分閘則立即進(jìn)入強(qiáng)迫斷模式(強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)主斷路分閘);當(dāng)列車前端通過“恢復(fù)1”或“恢復(fù)2”處時(shí),車載控制設(shè)備向列車發(fā)送“合主斷”即撤銷過分相操作的指令(實(shí)現(xiàn)主斷路器合閘)。列車反向運(yùn)行時(shí)采用對應(yīng)的反向過分相信息指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過分相。

4.2 地面磁感應(yīng)器的設(shè)置位置

對于設(shè)計(jì)速度250 km/h以下的中高速鐵路,TB/T 3197—2008《車載控制自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)條件》對地面磁感應(yīng)器的設(shè)置給予明確,規(guī)定了“a=35 m,b=170 m”。城際鐵路若執(zhí)行TB/T 3197—2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,則動(dòng)車組在電分相“斷”標(biāo)后斷電,存在帶電通行中性區(qū)段導(dǎo)致接觸網(wǎng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

為適應(yīng)城際鐵路動(dòng)車組在電分相“斷”標(biāo)前實(shí)現(xiàn)斷電的要求,a值宜不小于80 m(“斷”標(biāo)處),考慮到施工誤差等因素,a值取為85 m,b值仍為170 m，如圖3所示。同時(shí)為適應(yīng)城際鐵路動(dòng)車組在電分相“合”標(biāo)后實(shí)現(xiàn)合電的要求,應(yīng)將“恢復(fù)2”作為“合主斷”指令信號。

5 結(jié)語

(1) 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)宜選用六跨錨段關(guān)節(jié)式電分相,跨距長度宜取40 m。

(2) 城際鐵路電分相地面標(biāo)識牌“斷”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)180 m處。

圖3 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相地面磁感應(yīng)器示意圖

(3) 城際鐵路電分相地面磁感應(yīng)器宜設(shè)置在a值為85 m,b值為170 m處,并且應(yīng)將“恢復(fù)2”作為“合主斷”指令信號。

[1] 國家鐵路局.城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范:TB 10623—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2015.

[2] 中華人民共和國原鐵道部.鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范:TB 10009—2005[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[3] 國家鐵路局.TB 10621—2014,高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范:TB 10621—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2015.

[4] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分):TG/01—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2014.

[5] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2003.

[6] 周凡.大西客運(yùn)專線接觸網(wǎng)電分相的選擇與應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2010(6):79.

[7] 楊有福.電氣化鐵路錨段關(guān)節(jié)式電分相選型探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014(10):110.

[8] 范海江,張曼華,候震宇.高速鐵路接觸網(wǎng)電分相設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(9):90.

[9] 敖曉峰,劉仕兵.車載斷電自動(dòng)過分相裝置[J].電氣化鐵道,2006(2):5.

[10] 中華人民共和國原鐵道部.車載控制自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)條件:TB/T 3197—2008[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

[11] 中國鐵路總公司.關(guān)于印發(fā)《接觸網(wǎng)電分相標(biāo)識設(shè)置補(bǔ)充規(guī)定》的通知:鐵總運(yùn)[2015]145號[S].

[12] 中華人民共和國原鐵道部.關(guān)于印發(fā)《客運(yùn)專線鐵路牽引供電及電力供電系統(tǒng)集成若干問題的指導(dǎo)意見》的通知:鐵集成[2010]258號[S].

Research on Electric Section Insulator Technology for Inter-city RailwayLI Qingjun

According to the characteristics of intercity railway, the influential factors of the intercity railway on the electric phase insulator setting are analyzed. Under the principle of ensuring good bow net condition and minimum influence on train running speed, the electric phase insulator structure of overhead contact wire, the electrical phase ground signs and electrical ground magnetic sensors suitable for intercity railway are proposed.

intercity railway; electric phase insulator; electric phase insulator magnetic sensor; electric phase insulator sign

U 225.4

10.16037/j.1007-869x.2016.05.018

2015-07-27)