米澤輝，謝潤(rùn)明，陳明航，陳 平，覃運(yùn)江，邵俊東

關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損解決方案

米澤輝，謝潤(rùn)明，陳明航，陳 平，覃運(yùn)江，邵俊東

分析了關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損的主要原因，提出了防止燒損承力索的解決方案，包括安裝車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置、RC保護(hù)裝置、避雷器、保護(hù)條與電連接線，重視關(guān)節(jié)式電分相參數(shù)的檢調(diào)，加強(qiáng)關(guān)節(jié)式電分相巡視。運(yùn)行情況表明安裝車(chē)載斷電自動(dòng)轉(zhuǎn)換分相裝置能有效防止關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損，仿真結(jié)果表明安裝RC保護(hù)裝置可以有效抑制過(guò)電壓。

關(guān)節(jié)式電分相；承力索；燒損

0 引言

器件式電分相相比于錨段關(guān)節(jié)式電分相結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，但容易形成硬點(diǎn)及打碰弓，不利于高速行車(chē)。錨段關(guān)節(jié)式電分相利于高速行車(chē)，但在運(yùn)行過(guò)程中，錨段關(guān)節(jié)式電分相頻繁發(fā)生燒損承力索并跳閘故障，嚴(yán)重危及行車(chē)與設(shè)備安全運(yùn)行[1]。

1 七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相結(jié)構(gòu)

滬蓉線（遂成段）積金南—淮口南區(qū)間下行線高板七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相示意如圖1所示。

參見(jiàn)圖1，七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相共有7個(gè)跨距，在這7個(gè)跨距中，加入1根7跨長(zhǎng)的中性嵌入線，中性嵌入線要保證在中間 5個(gè)跨距（815#～825#）內(nèi)是絕緣的，形成2個(gè)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)。中性嵌入線從817#支柱起變?yōu)楣ぷ髦?，?23#支柱后變?yōu)榉枪ぷ髦В渲杏?個(gè)跨距（817#～823#）處于工作狀態(tài)，大概保證長(zhǎng)150 m的中性區(qū)（即無(wú)電區(qū)）。過(guò)電分相方式為車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相，在通過(guò)分相區(qū)段以前，電力機(jī)車(chē)要切斷內(nèi)部的主斷路器，靠慣性通過(guò)中性區(qū)，通過(guò)中性區(qū)后又閉合內(nèi)部的主斷路器[1，2]。

在滬蓉線（遂成段）積金南—淮口南區(qū)間下行線高板七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相處，當(dāng)SS3電力機(jī)車(chē)、SS7電力機(jī)車(chē)與和諧號(hào)貨車(chē)通過(guò)七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相中性區(qū)段時(shí)，有可能發(fā)生承力索燒損現(xiàn)象，滬蓉線（遂成段）在2011年7月15日和2012年1月4日發(fā)生2起燒損承力索事故。

圖1 七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相示意圖

2 承力索燒損原因分析

電力機(jī)車(chē)在通過(guò)七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相區(qū)段以前有一段長(zhǎng)1 644.73 m、曲線半徑為5 500 m的彎道，由于線路上有普速客車(chē)、動(dòng)車(chē)與貨車(chē)混合運(yùn)行，有的電力機(jī)車(chē)沒(méi)有安裝車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置，斷開(kāi)斷路器靠人工操作，如果電力機(jī)車(chē)司機(jī)在通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相時(shí)沒(méi)有斷開(kāi)斷路器而將電力機(jī)車(chē)駛?cè)胫行詤^(qū)，有可能使無(wú)電區(qū)與有電區(qū)之間產(chǎn)生電弧，燒損承力索[2]。

3 承力索燒損解決方案

3.1 安裝車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置

車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置由地面感應(yīng)器、車(chē)載感應(yīng)接收裝置、主電路設(shè)備與控制設(shè)備組成。在關(guān)節(jié)式電分相區(qū)域中的相應(yīng)位置安裝地面感應(yīng)裝置，可以準(zhǔn)確提供電力機(jī)車(chē)過(guò)分相時(shí)的位置信息。在電力機(jī)車(chē)上安裝車(chē)載感應(yīng)接收裝置能接收地感信息。主電路設(shè)備專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)過(guò)分相時(shí)斷開(kāi)、分合電路電源?？刂圃O(shè)備根據(jù)主斷路器的工作狀態(tài)、機(jī)車(chē)運(yùn)行速度、方向和位置自動(dòng)控制機(jī)車(chē)通過(guò)分相[3]。

運(yùn)行情況表明，安裝車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置后，電力機(jī)車(chē)在通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相以前自動(dòng)斷開(kāi)斷路器，七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損現(xiàn)象得到改善[2]。

3.2 安裝RC保護(hù)裝置

由于中性線與供電臂的耦合作用，中性線有感應(yīng)電壓，其值為[5]

中性線電壓主要取決于電源相角差，其值能達(dá)到10～12 kV，增加中性段與接觸網(wǎng)之間的距離能減小中性線電壓，但作用有限[8]。

電力機(jī)車(chē)斷電后進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相之前的關(guān)節(jié)式電分相等效電路見(jiàn)圖2[5]。

圖2 關(guān)節(jié)式電分相等效電路圖

圖2中，Ua和Ub分別為供電變壓器電壓，RS和LS分別為牽引變壓器的電阻和電感，R1和L1分別為線路等效電阻和電感，R2和L2分別為中性線等效電阻和電感，R和L分別為高壓電壓互感器的電感和電阻，C為受電弓對(duì)地電容，C2為中性線對(duì)地電容，C12和 C22為帶電接觸網(wǎng)與中性線對(duì)地電容。

電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中，受電弓與中性線接觸時(shí)中性線電壓為[6]

電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相時(shí)，中性線電壓最大值與接觸網(wǎng)電壓相位角有關(guān)，可能達(dá)到 60～70 kV[6]。

電力機(jī)車(chē)順利通過(guò)無(wú)電區(qū)后，受電弓與接觸網(wǎng)供電臂再次接觸時(shí)中性線電壓為[6]

與電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相的過(guò)程類(lèi)似，在其離開(kāi)關(guān)節(jié)式電分相，受電弓與接觸網(wǎng)接觸時(shí)，中性線電壓最大值與接觸網(wǎng)供電的相位角以及中性線上原有的電壓值有關(guān)，能達(dá)到60～70 kV[6]。

可以將RC保護(hù)裝置連接到關(guān)節(jié)式電分相的中性線上，抑制電力機(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓。通過(guò)仿真，可得電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中，在φ = 260°時(shí)，中性線上的電壓出現(xiàn)最大值，圖3為安裝RC保護(hù)裝置前后中性線電壓仿真波形[6]。

圖3 電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中中性線電壓波行圖

圖3 a中電壓最大值為49.156 kV，圖3 b中電壓最大值為39.152 kV，可見(jiàn)安裝RC保護(hù)裝置后電壓最大值降低 20.35%，抑制電力機(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓效果明顯。

電力機(jī)車(chē)離開(kāi)中性段過(guò)程中，受電弓與接觸網(wǎng)供電臂再次接觸，在φ = 270°時(shí)，中性線上的電壓出現(xiàn)最大值，安裝RC保護(hù)裝置前后中性線電壓仿真波形如圖4所示[6]。

圖4 電力機(jī)車(chē)離開(kāi)中性段過(guò)程中中性線電壓波形圖

圖4 a中電壓最大值為59.014 kV，圖4 b中電壓最大值為40.286 kV，可見(jiàn)安裝RC保護(hù)裝置后電壓最大值降低 31.73%，抑制電力機(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓效果明顯。

在電力機(jī)車(chē)高壓互感器一次側(cè)上加裝RC保護(hù)裝置同樣可以抑制諧振的發(fā)生，加裝開(kāi)關(guān)來(lái)控制保護(hù)裝置的接入時(shí)間，保證電力機(jī)車(chē)的順利運(yùn)行。通過(guò)仿真，可得電力機(jī)車(chē)進(jìn)入關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中，在φ = 260°時(shí)，中性線上的電壓出現(xiàn)最大值，電力機(jī)車(chē)高壓互感器一次側(cè)上加裝保護(hù)裝置后中性線電壓仿真波形如圖5 a所示[6]。

圖5 安裝RC保護(hù)裝置后中性線電壓波形圖

圖5 a中電壓最大值為39.153 kV，由圖3a與圖5a可見(jiàn)電力機(jī)車(chē)高壓互感器一次側(cè)上加裝保護(hù)裝置后電壓最大值降低 20.34%，抑制電力機(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓效果明顯。

電力機(jī)車(chē)出關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中，在φ = 270°時(shí)，中性線上的電壓出現(xiàn)最大值，電力機(jī)車(chē)高壓互感器一次側(cè)上加裝保護(hù)裝置后中性線電壓仿真波形如圖5 b所示[6]。

圖5 b中電壓最大值為40.461 kV，由圖4a與圖5b可見(jiàn)電力機(jī)車(chē)高壓互感器一次側(cè)上加裝保護(hù)裝置后電壓最大值降低 31.44%，抑制電力機(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓效果明顯。

3.3 安裝避雷器、保護(hù)條與電連接線

在電分相中性區(qū)安裝氧化鋅避雷器，利用氧化鋅避雷器的吸收性能，可以抑制過(guò)電壓[8]。

在有電區(qū)與無(wú)電區(qū)轉(zhuǎn)換區(qū)段內(nèi)承力索需安裝不低于8 m的保護(hù)條，如果發(fā)生拉弧，讓電弧燃燒保護(hù)條，進(jìn)而保護(hù)承力索[7]。

在電分相兩端第一吊弦內(nèi)側(cè)各裝設(shè) 1組橫向電連接線，可以保證電氣回路的暢通和電分相末端電壓[2]。

3.4 重視關(guān)節(jié)式電分相參數(shù)的檢調(diào)

在檢調(diào)七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相時(shí)，導(dǎo)線坡度偏大，有可能引起受電弓離線，進(jìn)而產(chǎn)生拉弧。加強(qiáng)導(dǎo)線坡度調(diào)整，導(dǎo)線坡度應(yīng)不大于2‰，坡度變化率不大于1‰，可以明顯改善受電弓的運(yùn)行狀態(tài)，減少因離線造成的拉弧，降低電弧過(guò)電壓發(fā)生概率。

定位器坡度偏小可能產(chǎn)生硬點(diǎn)，引起拉弧。重點(diǎn)檢調(diào)定位器坡度，定位器坡度保證在1/10～1/5，避免因硬點(diǎn)產(chǎn)生拉弧。

中心柱兩側(cè)承力索及吊弦水平間距一般控制在450 mm左右，中心柱結(jié)構(gòu)高度在1.4 m左右。由于電力機(jī)車(chē)受電弓快速通過(guò)電分相時(shí)必將引起承力索振動(dòng)，吊弦在抬升力的作用下也會(huì)松弛，這樣線索整體擺動(dòng)量加大，線索間、吊弦間、線索與吊弦間水平距離縮小，極易造成弧光過(guò)電壓并可能成為電弧長(zhǎng)燃的維持通道，電弧直徑可達(dá)到1.7 m，進(jìn)而燒損線索、吊弦。可以適當(dāng)增加七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相內(nèi)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)高度，保證在1.7 m以上。使用可調(diào)式絕緣吊弦，減少燃弧通道[2,9]。

3.5 加強(qiáng)七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相巡視

由于在兩側(cè)變電所未發(fā)生跳閘的情況下也有可能會(huì)發(fā)生電分相懸掛燒傷，所以對(duì)關(guān)節(jié)式電分相要重點(diǎn)巡視，尤其檢查磁枕。地感器磁感應(yīng)強(qiáng)度≥40 Gs，最低有效值36 Gs（1mT = 10 Gs），年衰減量＜8‰，工作溫度≤80℃。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，七跨錨段關(guān)節(jié)式電分相發(fā)生承力索燒損的主要原因?yàn)殡娏C(jī)車(chē)通過(guò)關(guān)節(jié)式電分相時(shí)，電力機(jī)車(chē)沒(méi)有斷開(kāi)斷路器，產(chǎn)生電弧。解決關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損的方案有安裝車(chē)載斷電自動(dòng)過(guò)分相裝置、RC保護(hù)裝置、避雷器、保護(hù)條與電連接線，重視參數(shù)檢調(diào)，加強(qiáng)巡視。運(yùn)行情況表明安裝車(chē)載斷電自動(dòng)轉(zhuǎn)換分相裝置后，關(guān)節(jié)式電分相承力索燒損現(xiàn)象得到改善。仿真結(jié)果表明安裝RC保護(hù)裝置抑制過(guò)電壓效果明顯。只有多種措施并用，才能有效防止承力索燒損故障的發(fā)生，提高關(guān)節(jié)式電分相的安全運(yùn)行性能。

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The paper analyzes the major causes of burning out of messenger wire at articulated neutral section, puts forward the resolution scheme for prevention of burning out of messenger wire by installation of on-board device for power off automatic passing through neutral section, RC protection device, lightning arrestor, protection strip and electric connection wire, paying attentions to inspection and calibration of articulated neutral section parameters and strengthening patrol on articulated neutral section. The simulation results show that installation of RC protection device is able to control the overvoltage effectively.

Articulated neutral section; messenger wire; burning out

U225.4+7

：B

：1007-936X(2015)04-0017-04

2014-12-05

米澤輝.成都鐵路局成都供電段，助理工程師，電話：15208204825；

謝潤(rùn)明，陳明航，陳 平，覃運(yùn)江，邵俊東.成都鐵路局成都供電段。