電分相自行換控裝置的2種實施方式

林久毅

0 引言

目前，國內外自動過分相現有技術，以瑞士AF 公司“自動真空開關分相裝置”為代表的網上式，鷹廈線和京鄭線實踐證明，不具有實用性；以德國“車控自動相分段裝置”和廣鐵集團公司“車載自動相分段裝置”為代表的車上式，以及日本“電分相自動轉換裝置”和西安科研所“相分段自動轉換裝置”為代表的地上式，均為多個部門設備集成的總體結構形式，不利于系統性維護、規范化運營管理，安全可靠性難以得到保障，必須在專用機車牽引或車上配合的情況下，方能完成自動過分相，適用范圍受到限制，尤其是“車載自動相分段裝置”，雖然必須專用機車牽引，存在供電死區，與車速、磁場強度相關的車地間感應采信方式可靠性差，但該裝置仍在國內得以廣泛應用，實踐證明，京滬高鐵當車速低于下限值時，需要司機手動操作過分相，不利于安全行車。

1 電分相自行換控裝置實施方式

1.1 第一種實施方式

如圖1所示，該裝置由柱上壓互采信器9 和 10、網上相分段與線路側的換控廂間經高壓電纜13—15 和信號電纜連接組成。

平時中性接觸網7、采信接觸網5 和6 處于無電狀態；采信接觸網5 和6 不為自耦變壓器中線，也不為保護線，更不為接地體，而是一種通過受電弓的搭接，采集控制信號用的高壓信號接觸網；中性接觸網7 與A 相接觸網1 和B 相接觸網2 空氣絕緣間隙均為600 mm，大于供電線帶電體空氣絕緣間隙正常值500 mm，采信接觸網5 和6 與A 相接觸網1、B 相接觸網2、中性接觸網7 空氣絕緣間隙均為300 mm，與非絕緣錨段關節類同，在對向風速為13 m/s 時，接觸懸掛間不會發生接觸現象，不存在誤采控制信號的可能性，符合“鐵路電力牽引供電設計規范”表5.3.2 空氣絕緣間隙值之規定。

受電弓包絡段L3和L4的長度，應大于該區段列車取流首末弓間的最大距離；換限過程段L5和L6的長度，應大于該區段最高車速完成斷載、換供、限流過程時間受電弓滑動距離。

由于采用圖1結構，正向行車當首弓接觸到采信接觸網5 時，壓互采信器9 的控制信號輸入控制系統20 并記憶，其一促使常開開關16 合閘完成延供過程，其二定向鎖定壓互采信器10 所采集到的為正向行車換供、復歸控制信號；當首弓接觸到采信接觸網6 時，壓互采信器10 的控制信號輸入控制系統20，程控常閉開關18 分閘，將限流器19串入牽引供電回流后，常開開關16 分閘完成斷載過程，隨之常開開關17 合閘完成換供過程，即限流過程的開始，合閘涌流得以限值延時衰減后，常閉開關18 自動合閘完成限流過程，裝置處于待復歸狀態；當末弓滑離采信接觸網6 經延時壓互采信器10 的控制信號消失，其一促使常開開關17 分閘，其二壓互采信器9 記憶的控制信號消失，遙信系統被監視端21 啟動，將裝置的運行狀態信息傳送到值班室內監視端，裝置恢復到原始狀態。

圖1 電分相自行換控裝置結構原理示意圖

1.2 第二種實施方式

如圖2所示，該裝置由柱上壓互采信器9 和10、流互采信器11 和12、網上相分段與線路側的換控廂間經高壓電纜13—15 和信號電纜連接組成。

圖2 電分相自行換控裝置結構原理示意圖

采信段L1和L2的長度，應大于該區段列車相鄰取流兩弓間的最大距離。

由于采用圖2結構，正向行車當首弓接觸到采信接觸網5 時，壓互采信器9 的延供信號輸入控制系統20 并記憶，其一促使常開開關16 合閘完成延供過程，其二定向鎖定流互采信器11 和12 及壓互采信器10 所采集到的分別為正向行車換供信號及復歸信號；當首弓接觸到中性接觸網8 牽引電流分別流經流互采信器11 和12，生成的兩電流信號合成為換供信號輸入控制系統20 并記憶，程控常閉開關18 分閘，將限流器19 串入牽引供電回路后，常開開關16 分閘完成斷載過程，隨之常開開關17合閘完成換供過程，即限流過程的開始，合閘涌流得以限值延時衰減后，常閉開關18 自動合閘完成限流過程；當首弓接觸到采信接觸網6 時，壓互采信器10 的復歸信號輸入控制系統20，裝置處于待復歸狀態；當末弓滑離采信接觸網6 經延時復歸信號消失，其一促使常開開關17 分閘，其二記憶的延供信號和換供信號消失，促使遙信系統被監視端21 啟動，將裝置的運行狀態信息傳送到值班室內監視端，裝置恢復到原始狀態。

需要說明，所述的流互采信器11 和12 電流采信單元，可改用電壓采信單元。

1.3 雙向型實施方式轉化為單向型實施方式

上述2 種雙向型實施方式，可將采信接觸網5和壓互采信器9 取消，常開開關16 改用常閉開關，圖2中受電弓包絡段L4改為換限過程段L5，這樣雙向型實施方式即可轉換為正向行車單向型實施方式。

2 電分相自行換控裝置的三性分析

電分相自行換控裝置權屬接觸網一個部門，利于系統性維護、規范化運營管理，安全可靠性得以有效保障；利用受電弓搭接的弓位采信方式，信位準確，信號真實可靠；網上相分段形成的各過程段及其長度，在與切換開關、限流器的相互配合下，確保安全可靠地完成各項功能；切換開關可設置2套，一主一備交替運行，實現可在線維護，安全可靠性高，使用壽命長，運營效費比低。

依據該裝置的結構形式和工作原理，過分相在與司機及行車無關的情況下，接觸網徹底自行解決了過分相問題，適用于任何的區段、速度段、電力機車和受電弓取流方式，具有廣泛的實用性。

2 種實施方式所采用的弓搭壓互流互采信技術、切換開關與中性接觸網換供技術和電阻限流技術等，均為實踐已驗證的成熟技術，不需再進行摸索研究和試驗，構成裝置的主要設備，如壓互、流互采信器、切換開關、限流器和遙信系統等，均為市場可提供的產品，實施開發無風險，具有切實的可行性。

3 經濟、社會效益分析

以京滬高鐵為例，復線1 318 km，電分相54處，約每50 km 設2 處，2013年電鐵運營里程4.8萬公里，2014年將有12 條高鐵線路建成運營，高鐵線路的逐年遞增，加上既有線改造及國際市場的需求，市場前景和經濟效益十分樂觀。

電分相自行換控裝置接觸網完全自行解決了由于自身分段分相供電方式引發的過分相問題，不但克服了現有技術的所有缺點，而且取得了過分相與司機及行車無關的效果，并適用于任何行車方式，將對我國及世界各國電氣化鐵道事業發展起到積極地推動作用，社會效益深遠。

4 結論

發明專利“電分相自行換控裝置”的2 種實施方式，具有切實的可行性和廣泛的實用性，實施開發無風險；將其轉化為生產力，接觸網徹底自行解決了過分相問題；具有運行安全可靠性高、使用壽命長和運營效費比低的特點；適用于任何的區段、速度段、電力機車和受電弓取流方式；取得了過分相與司機及行車無關的效果；市場前景和經濟效益十分樂觀，社會效益極為深遠。

[1]車載自動過分相系統的研究報告.廣鐵集團公司，2001.3.10.

[2]林久毅.自動真空開關分相裝置及改進建議[J].電氣化鐵道，2006，（6）.

[3]發明專利公報29 卷52 號.國家知識產權局專利局，申請號201210186599.3，公報時間2013.12.25.