柴少強

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

關(guān)鍵詞：高速鐵路；接觸網(wǎng)；電分相

引言

在電氣化鐵道中，機車使用的電流來自三相電源，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，就需要對接觸網(wǎng)進行一些特別的設(shè)置，比如設(shè)置特殊的器件、特殊的結(jié)構(gòu)以及隔離開關(guān)，既要能實現(xiàn)不同相電的電分段，更重要的是要能保證接觸網(wǎng)的平滑過渡及機車的受流質(zhì)量與行車安全。

1 電氣化鐵道的過分相技術(shù)類型器件式電分相

器件式電分相使用時間長遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)簡單，在安裝、運營、維護的過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，也正因為如此，器件式電分相在我國的電氣化鐵路中特別是廣大的山區(qū)地段、貨運線路中使用廣泛，為我國鐵路電氣化改造發(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，加上它的機械性能較差，因此在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生了顯著的硬點，這一點也成為了困擾電氣化鐵路提速改造的主要問題之一。

在講車載斷電自動過電分相前，首先要講講傳統(tǒng)的人工斷電過分相的方式，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)識牌，列車在通過分相時，通過人工 望手動控制機車斷路器的開合，列車在斷電情況下以動能惰行通過中性段無電區(qū)。這種需要人工頻繁操作過電分相的方式增加了司機的疲勞度和誤操作的概率，更重要的列車行駛的速度越高，操作時間越短，動作更為頻繁，為列車的運行安全產(chǎn)生了隱患，這就很大程度上限制了列車的提速。

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

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營中這種裝置基本上不用維護），機車在如圖所示方向前進時，車載感應(yīng)裝置2#、4#接收到地面1#感應(yīng)器的信號，作為預(yù)備信號，機車上的控制裝置已經(jīng)做好斷電準(zhǔn)備；機車?yán)^續(xù)前進，車載感應(yīng)裝置1#、3#收到2#地面感應(yīng)器的信號，此時，車上的控制器進行確認(rèn)，通過一系列的控制斷開機車主斷路器，機車在斷電狀況下，以列車動能惰行通過中性段無電區(qū)；當(dāng)機車上的2#、4#車載感應(yīng)裝置經(jīng)過3#地面感應(yīng)器后，機車接收到有電恢復(fù)信號，再閉合機車主斷路器，恢復(fù)機車正常運行。

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

然而這種過分相列車存在明顯的斷電時間，喪失部分牽引力，有較大的速度損失，因此列車在過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，也不適合我國采用調(diào)壓開關(guān)控制型的SS1、SS3型電力機車。而且當(dāng)多臺機車牽引時，操作不同步，易造成機車沖動、分離、列車斷鉤等安全事故，車載斷電自動過分相的適用空間就表現(xiàn)的非常有限。

2 高速鐵路過分相技術(shù)

新世紀(jì)，在我國掀起的高速鐵路建設(shè)大浪潮中，展開了各種新技術(shù)、新材料、新設(shè)備的大競賽，在激烈的優(yōu)勝劣汰選擇中，真正實現(xiàn)了機車能高速、高效、安全的自動過電分相。

2.1 地面帶電自動過分相

地面帶電自動過電分相是建立在快速有效的控制系統(tǒng)上，如圖2所示：在沒有列車通過時，分相裝置中的真空斷路器S1閉合、S2斷開，中性段與左方供電臂同相。機車帶電通過第一個錨段關(guān)節(jié)（A區(qū)段），當(dāng)列車駛?cè)胲壍离娐稡區(qū)段時，在到達第二個錨段關(guān)節(jié)之前，軌道電路發(fā)出檢測信號，使真空斷路器S1斷開，0.25～0.35S后真空斷路器S2閉合，中性段與右方供電臂同相，列車通過第二個絕緣錨段關(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，使真空斷路器S2斷開，恢復(fù)到?jīng)]有列車的狀態(tài)。

這種過電分相方式使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)實現(xiàn)了不間斷供電，機車實現(xiàn)了帶負(fù)荷、免操作運行，列車安全、準(zhǔn)確、自動通過接觸網(wǎng)電分相區(qū)。接觸網(wǎng)供電電源的自動轉(zhuǎn)換，瞬間失電130ms，僅與列車運行的位置相關(guān)，不受列車運行速度、編組方式限制，適用于速度0-350km/h的各種運行列車，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、客運專線等幾乎所有的電氣化鐵路，適用于國內(nèi)多種類型、各種控制方式的交直流、交流傳動電力機車、動車組，適用于多機編組的牽引運行方式。

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

2.2 錨段關(guān)節(jié)式過電分相

在高速鐵路的建設(shè)中出現(xiàn)了使用兩個錨段關(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個電氣絕緣斷口，分別各設(shè)置1臺接觸網(wǎng)隔離開關(guān)。無電區(qū)約60 m，等效無電區(qū)約92米，中性區(qū)的距離小于190米（小于動車組雙弓間距），適應(yīng)國內(nèi)的動車組。（如圖3所示）

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

采用短分相模式的車載斷電自動過電分相形式，列車在中性區(qū)相位進行轉(zhuǎn)換的時間極短，機車的斷電時間幾乎可以忽略不計，非常適合高速鐵路。它投資小、維護方便、可靠度和安全性較高，且可預(yù)留一個合適的時限完成電源切換工作，從而避免瞬間換相對機車電路及牽引網(wǎng)保護提出的更高技術(shù)要求。因其在關(guān)節(jié)中的兩個斷口上裝設(shè)兩臺接觸網(wǎng)隔離開關(guān)并進行電氣閉鎖，有利于越區(qū)供電的靈活性，而越區(qū)供電對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過電分相技術(shù)也有其的不足，當(dāng)動車高速通過電分相時，機車從不同相投切的過程會產(chǎn)生較高的過電壓，機車主變壓器產(chǎn)生合閘涌流，輔機回路產(chǎn)生過電流，因此相應(yīng)的設(shè)備就要有改善和降低操作過電壓的措施，針對某條線路上運行的動車應(yīng)按照該線路上分相裝置設(shè)備廠家提供的方案進行相關(guān)的改造，以確保機車能正常通過分相。

3 結(jié)束語

文章介紹了我國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程中對電分相結(jié)構(gòu)的設(shè)置要求。同時提出最優(yōu)的配置方案，并對應(yīng)個別問題提出解決辦法，以適應(yīng)速度等級不斷提高的電氣化鐵路。

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