接觸網(wǎng)開關(guān)場在匈牙利鐵路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

李洪生

0 引言

在車站接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，為了保證供電的靈活性和搶修檢修的便利性，通常按照站臺(tái)或分場分束設(shè)置電分段和隔離開關(guān)，通過隔開的斷合對不同供電場束進(jìn)行單獨(dú)或組合控制。而在匈牙利鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到上述目的，采用了開關(guān)場的形式，即在車站范圍內(nèi)劃定一個(gè)封閉的場地集中設(shè)置隔離開關(guān)，從而形成一組封閉的設(shè)備，類似一個(gè)簡化的開閉所。國內(nèi)外接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念均為通過優(yōu)化組合質(zhì)量、壽命和成本，使得接觸網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)服役狀態(tài)，但國內(nèi)外接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不完全相同。本文將對匈牙利鐵路接觸網(wǎng)開關(guān)場設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹和分析，從而加深對歐洲鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識和思考，有利于“一帶一路”鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系與當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的融合。

1 開關(guān)場的設(shè)計(jì)原理

1.1 開關(guān)場的位置

開關(guān)場是一個(gè)獨(dú)立的封閉場地，所有開關(guān)場均設(shè)置在車站范圍，最佳位置是車站大樓或運(yùn)營辦公樓一側(cè)，且始終處于車站監(jiān)控范圍內(nèi)[1]。開關(guān)場必須位于車輛容易進(jìn)出的地方，如果條件允許，可修建一條作業(yè)道路，以方便運(yùn)維人員進(jìn)出。

1.2 主要設(shè)備

現(xiàn)以匈塞鐵路匈牙利段（Budapest-Kelebia）為例進(jìn)行比較和分析。開關(guān)場內(nèi)的設(shè)備主要包括母線、隔離開關(guān)及其支撐結(jié)構(gòu)、開關(guān)控制柜。如果匈牙利鐵路設(shè)計(jì)需要明確標(biāo)明各種型號的設(shè)備產(chǎn)品，則必須以滿足EC規(guī)定和本地許可指令為前提[2]。

（1）母線。開關(guān)場的母線為矩形橫截面的實(shí)心導(dǎo)電材料[3]，母線在開關(guān)場內(nèi)呈“Z”形、“H”形或“U”形布置，隔離開關(guān)在母線的兩側(cè)或兩端規(guī)律排列，按照規(guī)定，母線的銅橫截面應(yīng)不小于200 mm2[1]。母線的橫截面必須與工作電流相匹配，通常需根據(jù)供電仿真確定負(fù)載能力和工作電流，從而確定不同橫截面的母線和饋出線。

（2）隔離開關(guān)。開關(guān)場內(nèi)隔離開關(guān)分為進(jìn)線開關(guān)、饋出線開關(guān)、接地開關(guān)、上下行并聯(lián)母線開關(guān)、桿式變壓器開關(guān)，所有隔離開關(guān)均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制，并集成到FET/HETA（接觸網(wǎng)能量控制/開關(guān)控制柜）系統(tǒng)中。隔離開關(guān)的名稱需對應(yīng)Budapest側(cè)（Bp）、Kelebia側(cè)（K）、左線（下標(biāo)b）、右線（下標(biāo)j），并遵守匈牙利鐵路公司《接觸網(wǎng)電氣操作工作規(guī)范》的規(guī)定[4]。

（3）開關(guān)控制柜（HETA Cabinet）。為了滿足FET系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)控制的要求，在開關(guān)場內(nèi)設(shè)置開關(guān)控制柜，同時(shí)設(shè)置電纜溝，為每個(gè)隔開提供控制電纜和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源電纜路徑。

（4）其他設(shè)施。為了便于運(yùn)營操作和檢修搶修，在開關(guān)場內(nèi)設(shè)置一個(gè)可鎖定的接地桿存放架（Ground rod storage rack）和一個(gè)機(jī)車信號標(biāo)志牌存放架（Signal marker rack）[5]。

1.3 開關(guān)場防護(hù)與接地

開關(guān)場通常處于車站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，場內(nèi)地坪鋪設(shè)混凝土或?yàn)r青覆蓋層。為確保排水通暢，需要考慮開關(guān)場場坪坡度和電纜溝排水。

開關(guān)場為一個(gè)封閉場所，其周圍采用金屬圍欄，高度為1.8～2.0 m，所使用圍欄系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)必須考慮接地保護(hù)[1]。在開關(guān)場內(nèi)距離隔離開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)1.0～1.5 m的位置，設(shè)置由?20 mm圓鋼制作成的接地框架，接地框架設(shè)于地下0.7～1.0 m的深度，隔開的支撐結(jié)構(gòu)、金屬圍欄、開關(guān)柜、其他金屬設(shè)備外殼均需設(shè)置接地保護(hù)[5]。

2 電路圖和開關(guān)場型式比選方案

開關(guān)場母線和隔離開關(guān)排列可以采用“Z”、“H”和“U”形布局[5]。以匈塞鐵路匈牙利Budapest-Kelebia段為例，虛擬4股道車站，隔離開關(guān)主要包括進(jìn)線開關(guān)（Bpb、Bpj、Kb、Kj）、饋出線開關(guān)（áb、áj、áb1、áj1）、接地開關(guān)（Gf?）、上下行并聯(lián)母線開關(guān)（?b、?j）、桿式變壓器開關(guān)（STR2）。對應(yīng)兩種電路圖，分別布置Z型和H型開關(guān)場，U型開關(guān)場和H型基本類似，不再贅述。

2.1 Z型電路和開關(guān)場

如圖1所示，Z型電路意味著開關(guān)場內(nèi)母線呈“Z”形，開關(guān)場對側(cè)的旁路線（bypass wire）、饋出線需要利用跨線支柱跨越軌道上方的接觸網(wǎng)，開關(guān)場一側(cè)的跨線支柱優(yōu)先設(shè)置在開關(guān)場內(nèi)。

圖1 Z型電路

Z型開關(guān)場布置如圖2所示。Z型開關(guān)場中母線呈“Z”形，考慮視覺效果，圖2采用了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。按照圖1的位置關(guān)系，開關(guān)場位于車站左側(cè)，長邊垂直于軌道。在遠(yuǎn)離軌道的一側(cè)，設(shè)置一處至少寬1 m的金屬門，門與場內(nèi)通道之間連接順暢。

圖2 Z型開關(guān)場（單位：mm）

2.2 H型電路和開關(guān)場

如同3所示，H型電路意味著開關(guān)場內(nèi)母線呈“H”形，開關(guān)場對側(cè)的旁路線（bypass wire 1和bypass wire 2）、饋出線需要利用跨線支柱跨越軌道上方的接觸網(wǎng)，開關(guān)場一側(cè)的支柱可以設(shè)在開關(guān)場內(nèi)，也可以設(shè)在開關(guān)場以外，圖3中跨線支柱設(shè)置在開關(guān)場以外。

圖3 H型電路

如圖4所示，H型開關(guān)場中母線呈“H”形，按照圖3的位置關(guān)系，長邊平行于軌道。在圍欄的一側(cè)設(shè)置一處至少寬1 m的金屬門，門與場內(nèi)通道之間連接順暢。

圖4 H型開關(guān)場（單位：mm）

3 接地布置

每個(gè)隔離開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)均必須設(shè)置接地保護(hù)，開關(guān)場范圍內(nèi)所有其他金屬結(jié)構(gòu)外殼均設(shè)置接地保護(hù)。圖5所示為一個(gè)H型開關(guān)場的接地布置，金屬圍欄以內(nèi)的虛線框代表由?20 mm圓鋼制作的接地框架，位于地下0.7～1.0 m的深度，隔開支撐結(jié)構(gòu)、金屬圍欄、開關(guān)柜、工具存儲(chǔ)架外殼均統(tǒng)一接入地網(wǎng)，符號“И”“П”為接地連接示意[6-8]。

圖5 H型開關(guān)場接地布置（單位：mm）

4 開關(guān)場設(shè)計(jì)推薦方案

Z型開關(guān)場呈矩形，場內(nèi)母線布置呈“Z”形，開關(guān)在母線兩側(cè)排列，開關(guān)之間的總母線較短，上下行并聯(lián)母線連接簡單易于操作。Z型開關(guān)場在垂直軌道方向上為長邊，因此封閉圍欄在3個(gè)方向上更易于設(shè)置進(jìn)出門和作業(yè)通道。缺點(diǎn)是Z型開關(guān)場的占地對站場局部的征地界有一定影響。

H型開關(guān)場同樣為矩形，場內(nèi)母線布置呈“H”形，開關(guān)在母線外側(cè)對稱排列，總母線較長，上下行并聯(lián)母線需要橫跨總母線，實(shí)施時(shí)，需要調(diào)整跨接母線的安裝高度。因封閉圍欄更靠近軌道，相對Z型開關(guān)場，其與站旁道路連接更不方便。優(yōu)點(diǎn)是與Z型開關(guān)場相比，H型開關(guān)場占地更容易劃定，更容易設(shè)置多個(gè)開關(guān)，對于需要更多隔離開關(guān)的較大車站，H型開關(guān)場顯然更適用。

綜合以上分析，在匈牙利的Budapest-Kelebia段鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，推薦采用Z型開關(guān)場，當(dāng)Z型開關(guān)場無法布置或站場范圍沒有合適場地的情況下，考慮采用H型開關(guān)場。

5 結(jié)語

根據(jù)我國電氣化鐵路的特點(diǎn)，隔離開關(guān)基本分散安裝在各個(gè)支柱上，因此，隔開控制電纜分散，各類型電纜路徑雜亂，隔開現(xiàn)場操作和維修不便。而開關(guān)場的作用是使隔離開關(guān)集中設(shè)置，場內(nèi)設(shè)置隔開控制柜，便于運(yùn)維人員操作和維修。

開關(guān)場具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，隔離開關(guān)集中于同一封閉場地，隔離開關(guān)控制柜設(shè)置在封閉的開關(guān)場內(nèi)，能夠易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程操作，同時(shí)，隔開排列規(guī)律，控制電纜不需多路徑分散穿插，對運(yùn)營和維管都有較大的便利性。

開關(guān)場的缺點(diǎn)是增加占地，即在車站范圍單獨(dú)劃分一處場地，而開關(guān)場母線的進(jìn)線需要與站場支柱合架或采用電纜，無論采用哪種進(jìn)線方式，都不利于運(yùn)營和檢修，而成本問題也是一個(gè)必須考慮的因素。