城際鐵路接觸網電分相技術研究

李慶軍

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,710043,西安∥工程師)

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城際鐵路接觸網電分相技術研究

李慶軍

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,710043,西安∥工程師)

根據城際鐵路的特點,分析得出了城際鐵路對接觸網電分相設置的影響因素。在保證弓網受流良好和盡量減小對列車運行速度影響的原則下,提出了適用于城際鐵路的接觸網電分相結構形式,以及電分相地面標識牌、電分相地面磁感應器等的設置要求。

城際鐵路; 接觸網電分相; 電分相磁感應器; 電分相標識牌

Author′s address China Railway First Survey & Design Institute Group Co.,Ltd.,710043,Xi′an,China

隨著我國國民經濟的發展,城鎮化建設加快,為滿足區域經濟和城市群內部日益增長的客運需求,在城市群間修建城際鐵路是我國鐵路建設發展的重點。由于城際鐵路的獨特性,其電分相設置,原則上不能完全參照國家鐵路電分相的相關規定,因此,有必要對城際鐵路電分相技術進行系統研究,為城際鐵路電分相設計提供參考。

1 城際鐵路接觸網電分相的設置原則

城際鐵路是指經濟發達、人口稠密地區中心城市之間大運量、快速、銜接合理的公交化軌道交通。與國家干線鐵路相比,其長度一般不超過400 km,凸顯的是網絡化、公交化特征,是現在國際上城市群內合理、有效的交通方式。其基本特點為高密度、小編組、公交化及方便快捷[1]。

根據城際鐵路的特點,分析得出城際鐵路對接觸網電分相設置的影響因素:①設計速度在200 km/h及以下、僅運行動車組列車的客運鐵路,不考慮普通電力機車上線運營;②列車為小編組,一般采用8輛編組,受電弓按單弓運行考慮。

基于以上分析,城際鐵路電分相設置的基本原則為:動車組高速通過接觸網電分相時,應保證弓網關系穩定,受電弓良好取流;電分相斷電區應盡可能短,盡量減小動車組通過時對運行速度的影響。

2 城際鐵路接觸網電分相的設置

2.1 現有電氣化鐵路接觸網電分相結構

現有電氣化鐵路接觸網電分相分為器件式和關節式兩種結構。器件式電分相由3個分相絕緣器組成;關節式電分相一般由2個或3個絕緣關節組成,根據中性段的個數,其結構可分為2斷口、三斷口兩種類型。關節式電分相可由2組或3組四跨、五跨絕緣關節按重疊或不重疊組合成多種跨別的長短分相形式,以滿足不同的機車或動車組的運營要求。

2.2 城際鐵路接觸網電分相結構選擇

器件式電分相目前大多數運營在設計速度為120 km/h以下線路,由于其自身質量產生的硬點導致其容易打碰受電弓而引發弓網故障,因此器件式電分相不能適應城際鐵路快速運行的要求。關節式電分相采用的是相間空氣絕緣工作原理,這不僅能夠提高供電的可靠性,而且弓網取流的質量和安全性也得到了很好的保證[7],能夠滿足各種速度下電氣化鐵路發展的需要,因此,城際鐵路接觸網電分相應采用關節式結構。

2.2.1 關節式電分相跨數選擇

目前,我國電氣化鐵路中采用的兩斷口關節式電分相主要有六跨、七跨、十一跨、十三跨、十六跨等,三斷口關節式電分相主要為八跨。八跨三斷口關節式電分相具有能適應多弓運行、不受弓間距限制等優點,但其結構復雜,無電區較長,一般適用于客貨混運,多機重載鐵路;而對于單弓或雙弓運行的客運鐵路,一般采用兩斷口關節式電分相。由于城際鐵路動車組為單弓運行,為盡量減小動車組過分相后的速度損失,城際鐵路接觸網電分相結構宜選用無電區較短的六跨關節式電分相(見圖1)。

圖1 六跨關節式電分相示意圖

2.2.2 關節式電分相跨距長度的選擇

為減小動車組過分相后的速度損失,電分相中性區段應盡量短,從而每個跨距應盡可能小。接觸線下錨偏角及非工作支抬高量是確定最小跨距長度的決定因素。

按照《鐵路電力牽引供電設計規范》的規定,接觸線偏角一般情況下不大于6°。若側面限界為3.1 m,支柱的半寬為0.2 m,則考慮接觸線下錨偏角因素情況下,關節式電分相最小跨距為31.4 m。

按照《鐵路電力牽引供電設計規范》的規定,絕緣關節轉換柱非工作支的抬高量正常情況下不應小于500 mm。若四跨絕緣關節非工作支需從中心柱到轉換柱一次抬高500 mm,最小跨距應保證在中心柱處不產生上拔力,則考慮接觸線非工作支抬高量因素情況下,關節式電分相最小跨距為:

(1)

式中:

T——張力,kN;

F——抬高量,m;

G——單位自重負載,kN/m。

幾類典型接觸線規格的額定張力與關節式電分相最小跨距之間的匹配關系見表1。

表1 不同規格接觸線的額定張力與關節式電分相最小跨距之間的匹配關系

綜合考慮接觸線下錨偏角和非工作支抬高量因素,關節式電分相最小跨距應取為38.5 m,再考慮到施工誤差等因素,關節式電分相跨距長度宜取為40 m。

2.3 接觸網電分相設置位置要求

(1) 電分相應盡量避免設置在連續大坡道、變坡點及出站加速區段,以盡量減小對列車行車速度的影響。

(2) 電分相應優先考慮設置在路基及橋梁區段,盡量避免設置在隧道區段,以便于檢修維護管理,保證運輸安全。

(3) 為保證列車全車過分相又接到停車信號后能夠安全地停在電分相之外,同時為保證列車在信號機處停車啟動以及啟動后能夠以慣性安全、可靠地通過電分相,電分相中性區段至最近信號機的距離不應小于350 m。

(4) 電分相的設置位置應經行車、信號及供電專業檢算確認。

3 接觸網電分相地面標識牌的設置

電分相地面標識牌是列車自動過分相的后備措施,一旦發生自動控制設備故障或未投入使用時,司機可根據地面標識牌采用人工控制方式實現列車斷電過分相。

3.1 人工控制過分相工作原理

由于城際鐵路僅通行動車組列車,因此,在列車運行前進方向只需設置“斷”標和“合”標。當列車在“斷”標處未完成斷開主斷路器實現列車取流為0時,司機應立即手動強迫啟動斷開主斷路器的分閘流程;當列車通過“合”標處,尚未啟動合閘流程時,司機可手動強迫啟動合閘流程。

3.2 電分相地面標識牌的設置位置

為避免動車組帶電通行中性區段導致接觸網損傷,“斷”標的位置應適當考慮人工操作的反應時間,應延遲1.0 ～1.5 s的安全預量,可參照《鐵路技術管理規程》(高速鐵路部分)和原鐵道部鐵運[2011]49號文《關于設置高速鐵路電分相標識暫行規定的通知》的規定設置,“斷”標的位置宜設置在距中性區段起始點80 m處。

“合”標的位置應根據中性區段終止位置及動車組末端受電弓距頭部駕駛室距離設置,確保動車組通過該處后,受電弓能離開中性區段,以防止發生相間短路事故并保障設備的安全。

目前我國適用于城際鐵路運行的設計速度為200 km/h及以下的動車組有CRH1、CRH2、CRH5及CRH6,不同型號的動車組末端受電弓距頭部駕駛室距離見表2。

表2 不同型號動車組末端受電弓距列車頭部駕駛室距離

根據表2可得出,“合”標宜設置在距中性區段終止點不小于176.5 m處,再考慮到施工誤差等因素,該值取為180 m。

綜上所述,城際鐵路接觸網電分相“斷”標宜設置在距中性區段起始點80 m處,“合”標宜設置在距中性區段終止點180 m處,如圖2所示。線路反方向按相同原則設置。

圖2 城際鐵路接觸網電分相地面標識牌示意圖

4 接觸網電分相地面磁感應器的設置

電分相地面磁感應器是車載自動過分相的地面定位信號,當列車上的車載控制設備采集到地面磁感應器提供的“預告點”、“強迫斷點”、“恢復1”和“恢復2”過分相信息時,能及時控制主斷路器的分閘或合閘,實現自動控制列車斷電過分相。

4.1 車載自動過分相工作原理

列車正向運行時,當列車前端通過“預告點”處時,車載控制設備開始向列車發送預告模式斷電過分相指令(啟動主斷路器分閘流程);在“強迫斷點”處如果還未完成主斷器分閘則立即進入強迫斷模式(強迫實現主斷路分閘);當列車前端通過“恢復1”或“恢復2”處時,車載控制設備向列車發送“合主斷”即撤銷過分相操作的指令(實現主斷路器合閘)。列車反向運行時采用對應的反向過分相信息指令實現自動控制過分相。

4.2 地面磁感應器的設置位置

對于設計速度250 km/h以下的中高速鐵路,TB/T 3197—2008《車載控制自動過分相系統技術條件》對地面磁感應器的設置給予明確,規定了“a=35 m,b=170 m”。城際鐵路若執行TB/T 3197—2008標準的規定,則動車組在電分相“斷”標后斷電,存在帶電通行中性區段導致接觸網損傷的風險。

為適應城際鐵路動車組在電分相“斷”標前實現斷電的要求,a值宜不小于80 m(“斷”標處),考慮到施工誤差等因素,a值取為85 m,b值仍為170 m，如圖3所示。同時為適應城際鐵路動車組在電分相“合”標后實現合電的要求,應將“恢復2”作為“合主斷”指令信號。

5 結語

(1) 城際鐵路接觸網電分相結構宜選用六跨錨段關節式電分相,跨距長度宜取40 m。

(2) 城際鐵路電分相地面標識牌“斷”標宜設置在距中性區段起始點80 m處,“合”標宜設置在距中性區段終止點180 m處。

圖3 城際鐵路接觸網電分相地面磁感應器示意圖

(3) 城際鐵路電分相地面磁感應器宜設置在a值為85 m,b值為170 m處,并且應將“恢復2”作為“合主斷”指令信號。

[1] 國家鐵路局.城際鐵路設計規范:TB 10623—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2015.

[2] 中華人民共和國原鐵道部.鐵路電力牽引供電設計規范:TB 10009—2005[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[3] 國家鐵路局.TB 10621—2014,高速鐵路設計規范:TB 10621—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2015.

[4] 中國鐵路總公司.鐵路技術管理規程(高速鐵路部分):TG/01—2014[S].北京:中國鐵道出版社,2014.

[5] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都:西南交通大學出版社,2003.

[6] 周凡.大西客運專線接觸網電分相的選擇與應用[J].鐵道工程學報,2010(6):79.

[7] 楊有福.電氣化鐵路錨段關節式電分相選型探討[J].企業技術開發,2014(10):110.

[8] 范海江,張曼華,候震宇.高速鐵路接觸網電分相設計[J].鐵道標準設計,2011(9):90.

[9] 敖曉峰,劉仕兵.車載斷電自動過分相裝置[J].電氣化鐵道,2006(2):5.

[10] 中華人民共和國原鐵道部.車載控制自動過分相系統技術條件:TB/T 3197—2008[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

[11] 中國鐵路總公司.關于印發《接觸網電分相標識設置補充規定》的通知:鐵總運[2015]145號[S].

[12] 中華人民共和國原鐵道部.關于印發《客運專線鐵路牽引供電及電力供電系統集成若干問題的指導意見》的通知:鐵集成[2010]258號[S].

Research on Electric Section Insulator Technology for Inter-city RailwayLI Qingjun

According to the characteristics of intercity railway, the influential factors of the intercity railway on the electric phase insulator setting are analyzed. Under the principle of ensuring good bow net condition and minimum influence on train running speed, the electric phase insulator structure of overhead contact wire, the electrical phase ground signs and electrical ground magnetic sensors suitable for intercity railway are proposed.

intercity railway; electric phase insulator; electric phase insulator magnetic sensor; electric phase insulator sign

U 225.4

10.16037/j.1007-869x.2016.05.018

2015-07-27)