接觸網電分相分析

柴少強

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

關鍵詞：高速鐵路；接觸網；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，就需要對接觸網進行一些特別的設置，比如設置特殊的器件、特殊的結構以及隔離開關，既要能實現不同相電的電分段，更重要的是要能保證接觸網的平滑過渡及機車的受流質量與行車安全。

1 電氣化鐵道的過分相技術類型器件式電分相

器件式電分相使用時間長遠、結構簡單，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關系要求，更因其無電區段非常短，所以特別適合在重載、大坡度區段的使用，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地段、貨運線路中使用廣泛，為我國鐵路電氣化改造發揮了巨大作用。

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，因此在接觸網上產生了顯著的硬點，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，首先要講講傳統的人工斷電過分相的方式，按照相關規程在分相裝置兩側設置有“禁止雙弓”“斷”、“合”等標識牌，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。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上，主要增加了四個方面的設備：在地面上增加感應裝置、車載信號接收裝置、主電路增加開合電路的設備以及增加相應控制設備，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，車載感應裝置2#、4#接收到地面1#感應器的信號，作為預備信號，機車上的控制裝置已經做好斷電準備；機車繼續前進，車載感應裝置1#、3#收到2#地面感應器的信號，此時，車上的控制器進行確認，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；當機車上的2#、4#車載感應裝置經過3#地面感應器后，機車接收到有電恢復信號，再閉合機車主斷路器，恢復機車正常運行。

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、重載區段使用，也不適合我國采用調壓開關控制型的SS1、SS3型電力機車。而且當多臺機車牽引時，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的非常有限。

2 高速鐵路過分相技術

新世紀，在我國掀起的高速鐵路建設大浪潮中，展開了各種新技術、新材料、新設備的大競賽，在激烈的優勝劣汰選擇中，真正實現了機車能高速、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節（A區段），當列車駛入軌道電路B區段時，在到達第二個錨段關節之前，軌道電路發出檢測信號，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節b。當列車駛出軌道電路區段C后，軌道電路發出信號，使真空斷路器S2斷開，恢復到沒有列車的狀態。

這種過電分相方式使牽引供電系統實現了不間斷供電，機車實現了帶負荷、免操作運行，列車安全、準確、自動通過接觸網電分相區。接觸網供電電源的自動轉換，瞬間失電130ms，僅與列車運行的位置相關，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，實現了電力機車主斷路器關合狀態下，乘務員免操作，帶電、帶負荷、安全、準確地自動通過電分相的運行。提高了機車過分相的準確性，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。克服了斷電、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、機務系統運行的安全可靠性。因此，電力機車采用地面帶電自動過分相技術是可行和必要的。

2.2 錨段關節式過電分相

在高速鐵路的建設中出現了使用兩個錨段關節組成六跨、七跨、九跨等幾種形式的錨段關節式過電分相設置，以七跨錨段關節式電分相為例：

其有2個電氣絕緣斷口，分別各設置1臺接觸網隔離開關。無電區約60 m，等效無電區約92米，中性區的距離小于190米（小于動車組雙弓間距），適應國內的動車組。（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，也能適用于地面帶電自動過電分相技術。綜合而言，短分相設計模式則更適用于地面感應車載自動斷電過分相技術。短分相模式是與車載斷電自動過分相技術相適應的較為合理的分相設計模式，它可以長效提高列車運行速度、節約能源、方便調度運行維護，國內已投運的客運專線基本均采用這種過分相技術。

采用短分相模式的車載斷電自動過電分相形式，列車在中性區相位進行轉換的時間極短，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保護提出的更高技術要求。因其在關節中的兩個斷口上裝設兩臺接觸網隔離開關并進行電氣閉鎖，有利于越區供電的靈活性，而越區供電對提高牽引供電可靠性有著非常重要的意義。

當然短分相模式的車載斷電自動過電分相技術也有其的不足，當動車高速通過電分相時，機車從不同相投切的過程會產生較高的過電壓，機車主變壓器產生合閘涌流，輔機回路產生過電流，因此相應的設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按照該線路上分相裝置設備廠家提供的方案進行相關的改造，以確保機車能正常通過分相。

3 結束語

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劣性以及鐵路提速過程中對電分相結構的設置要求。同時提出最優的配置方案，并對應個別問題提出解決辦法，以適應速度等級不斷提高的電氣化鐵路。

參考文獻

[1]付強.接觸網錨段關節式電分相[J].電氣化鐵道，2005（2）.

[2]尹磊.電力機車自動過接觸網相分段技術的研究及實現[D].西南交通大學，2004.

[3]張忠義.電力機車過關節式電分相過電壓分析與防護[J].科技創新導報，2010（3）.

[4]孫鵬飛.電分相布局優化設置方案與列車運行時分關系研究[D].西南交通大學，2012.

[5]董志杰.地面自動過分相技術及方案研究[D].西南交通大學，2004.