李紅梅

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司電化處,武漢 430063)

1 概述

我國(guó)電氣化鐵道均采用25 kV單相工頻交流供電制式,為了平衡三相供電負(fù)荷,提高電力系統(tǒng)利用率,電氣化鐵道牽引變電所采用輪換接線、換相分段供電方式,無(wú)論采用何種供電制式,接觸網(wǎng)都不可避免地要設(shè)置電分相設(shè)施。既有線及普速鐵路電力機(jī)車(chē)過(guò)分相技術(shù)發(fā)展多年,是影響鐵路運(yùn)輸事故頻繁的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。

隨著我國(guó)高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展,250 km/h及以上的旅客運(yùn)輸中采用的是動(dòng)車(chē)組列控過(guò)分相技術(shù)。該系統(tǒng)技術(shù)利用地面應(yīng)答器、列控系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車(chē)組在過(guò)接觸網(wǎng)電分相時(shí),依據(jù)列控分閘區(qū)的精確參數(shù)設(shè)置和地面應(yīng)答器布置,動(dòng)車(chē)組主斷路器在車(chē)載設(shè)備控制下的分閘和合閘操作,避免了司機(jī)疲勞駕駛時(shí)手動(dòng)誤操作帶電闖分相,燒毀接觸網(wǎng)的故障,確保動(dòng)車(chē)組過(guò)分相時(shí)無(wú)電、不帶負(fù)荷、安全準(zhǔn)確地自動(dòng)通過(guò)電分相的運(yùn)行，提高了高速運(yùn)行時(shí)動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的準(zhǔn)確性、安全性和可靠性。列控或車(chē)載故障時(shí)配合行車(chē)組織管理和地面斷合標(biāo)的合理設(shè)置,提高了牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性,有效地提高了高速鐵路綜合運(yùn)輸能力。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)電分相的類型

高速鐵路采用帶無(wú)電區(qū)的雙斷口錨段關(guān)節(jié)式電分相,中性區(qū)長(zhǎng)度需根據(jù)受電弓的數(shù)量、間距及運(yùn)用方式等因素綜合確定,并符合雙向行車(chē)要求。以錨段關(guān)節(jié)的形式實(shí)現(xiàn)過(guò)電分相,使機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行時(shí),受電弓平穩(wěn),保證設(shè)備良好運(yùn)行及受流質(zhì)量。

我國(guó)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中容易出現(xiàn)違規(guī)操作導(dǎo)致取流過(guò)分相引起燃弧、燒損或燒斷承力索的事故。高速鐵路牽引供電能力大,牽引電流較大,一旦動(dòng)車(chē)組受電弓過(guò)分相時(shí)誤操作發(fā)生燃弧甚至引起相間短路,是極其重大的運(yùn)輸事故。

接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在中性段或無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度方面參照列車(chē)速度,適當(dāng)考慮加大。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62486和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),電分相無(wú)電區(qū)一般不小于最大取流受電弓間距加120 m。電分相無(wú)電區(qū)或中性段的長(zhǎng)度符合雙弓運(yùn)行需要時(shí)有兩大方式,即使無(wú)電區(qū)的長(zhǎng)度大于雙弓間距的長(zhǎng)無(wú)電區(qū)分相方案,或使中性段的長(zhǎng)度小于雙弓間距的短中性段電分相。350 km/h技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的京津城際、武廣鐵路客運(yùn)專線、鄭西客運(yùn)專線均采用的是無(wú)電區(qū)的長(zhǎng)度大于雙弓間距的長(zhǎng)無(wú)電區(qū)分相方案,250 km/h技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的合寧、合武鐵路采用的是同時(shí)兼顧貨運(yùn)要求的6跨或7跨的短中性段電分相。

武廣鐵路客運(yùn)專線烏韶段接觸網(wǎng)電分相,在工程情況具備條件時(shí),采用的是按無(wú)電區(qū)不小于最大雙弓距離的電分相關(guān)節(jié)的長(zhǎng)無(wú)電區(qū)電分相(圖1),與京津城際和武廣接觸網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)外方的技術(shù)方案原則是一致的,極少數(shù)困難工點(diǎn)采用的是我國(guó)常規(guī)鐵路基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新的、中性段不大于最大雙弓距離190 m的新型6跨電分相關(guān)節(jié)的短中性段電分相(圖2)。

短中性段電分相在動(dòng)車(chē)組誤動(dòng)(操)作帶電闖中性段時(shí),會(huì)導(dǎo)致相間短路、拉弧塌網(wǎng)的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn),決定于動(dòng)車(chē)組能否在分相區(qū)邊界外可靠分閘；長(zhǎng)無(wú)電區(qū)電分相從接觸網(wǎng)的構(gòu)成本身避免了上述嚴(yán)重事故的發(fā)生,是最安全可靠的電分相結(jié)構(gòu)。其不足之處是當(dāng)非正常行車(chē)情況下,電分相對(duì)應(yīng)入口速度不滿足通過(guò)要求時(shí),存在動(dòng)車(chē)組停在無(wú)電區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。但是接觸網(wǎng)電分相關(guān)節(jié)在分相兩端均設(shè)置了滿足雙向運(yùn)行的常開(kāi)電動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)與兩側(cè)接觸網(wǎng)相連,可以在此工況下,通過(guò)調(diào)度和遠(yuǎn)動(dòng)控制,供動(dòng)車(chē)組帶電駛出無(wú)電區(qū)。

圖1 多跨雙斷口長(zhǎng)無(wú)電區(qū)電分相示意(單位：m)

圖2 6跨雙斷口短中性段電分相示意

根據(jù)鐵道部科技司的2009年度科研項(xiàng)目《客運(yùn)專線電分相設(shè)置與運(yùn)行時(shí)分關(guān)系的仿真評(píng)估》的初步研究結(jié)論,即使在20‰大坡道上的長(zhǎng)無(wú)電區(qū)電分相,動(dòng)車(chē)組以350 km/h過(guò)分相分閘區(qū)時(shí),每個(gè)電分相引起的速度損失約16 km/h,但是對(duì)全線運(yùn)行時(shí)分的損失僅不到5 s,因此選擇長(zhǎng)無(wú)電區(qū)電分相是高速鐵路安全運(yùn)輸?shù)目煽考夹g(shù)方案。

3 動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的列控分閘區(qū)的定義

動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的列控分閘區(qū)長(zhǎng)度是在接觸網(wǎng)電分相無(wú)電區(qū)的基礎(chǔ)上,結(jié)合正常行車(chē)時(shí)車(chē)載控車(chē)要求進(jìn)行確定的,列控分閘區(qū)邊界列控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)滿足動(dòng)車(chē)組和接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行要求。

據(jù)動(dòng)車(chē)組制造商提供的數(shù)據(jù),動(dòng)車(chē)組車(chē)載設(shè)備根據(jù)列控?cái)?shù)據(jù)的設(shè)置,如CRH2型動(dòng)車(chē)組在過(guò)分相的列控分閘區(qū)進(jìn)口里程前3 s(CRH3根據(jù)前10 s預(yù)斷和保護(hù)控制實(shí)現(xiàn))啟動(dòng)主斷路器的分閘操作,確保在受電弓進(jìn)入分閘區(qū)進(jìn)口前斷電；動(dòng)車(chē)組出分相時(shí),如CRH2型動(dòng)車(chē)組是根據(jù)單雙弓的運(yùn)行方式,判斷最后一個(gè)受電弓出清分閘區(qū)出口列控里程時(shí),繼續(xù)運(yùn)行130 m后主斷路器合閘,CRH3型動(dòng)車(chē)組則是根據(jù)最后一個(gè)受電弓的帶電檢測(cè)保護(hù)回路啟動(dòng)主斷路器合閘。

根據(jù)以上技術(shù)數(shù)據(jù),為了使我國(guó)高速鐵路動(dòng)車(chē)組過(guò)分相安全可靠不產(chǎn)生燃弧等事故,列控設(shè)計(jì)需結(jié)合接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)的不同,便于現(xiàn)場(chǎng)施工定測(cè),動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的列控分閘區(qū)一般可以按以下原則進(jìn)行布置。

長(zhǎng)無(wú)電區(qū)分相時(shí),列控分閘區(qū)的入口里程和出口里程宜設(shè)置在接觸網(wǎng)電分相的入口中心柱和出口中心柱處,運(yùn)行雙弓間距在215 m以下時(shí)列控分閘區(qū)長(zhǎng)度一般不小于420 m,滿足國(guó)際最大雙弓間距400 m時(shí)一般不小于600 m。

短中性段電分相,列控分閘區(qū)的入口里程和出口里程宜設(shè)置在接觸網(wǎng)電分相的入口下錨柱和出口下錨柱處,一般列控分閘區(qū)長(zhǎng)度不大于290 m。

4 對(duì)動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的分閘區(qū)近邊界最低速度的行車(chē)組織管理要求

在正常運(yùn)營(yíng)行車(chē)時(shí),為確保列控運(yùn)行模式時(shí)動(dòng)車(chē)組過(guò)分相不在分閘區(qū)停車(chē),需行車(chē)組織對(duì)動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的入口最低速度提出操控規(guī)定。

根據(jù)動(dòng)車(chē)組過(guò)分相分閘區(qū)長(zhǎng)度和車(chē)載控車(chē)時(shí)間距離等的計(jì)算分析,動(dòng)車(chē)組在部分監(jiān)控模式(設(shè)定限制速度)、或引導(dǎo)模式(小于40 km/h)、或目視行車(chē)模式(小于40 km/h)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),即使采用短電分相配合的分閘區(qū)方案,也會(huì)在出站口或上坡道電分相處的分閘區(qū)內(nèi)出現(xiàn)停車(chē)現(xiàn)象。在這種工況下,需確定動(dòng)車(chē)組停在電分相無(wú)電區(qū)后,由行車(chē)組織調(diào)度SCADA遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng),控制接觸網(wǎng)分相開(kāi)關(guān)合閘,給停在電分相無(wú)電區(qū)的動(dòng)車(chē)組供電。

5 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)中需根據(jù)電分相設(shè)置位置,由行車(chē)根據(jù)列控分閘區(qū)的技術(shù)參數(shù),逐一對(duì)全線電分相處的列控分閘區(qū)入口邊界速度進(jìn)行檢算,尤其是車(chē)站出口和較大坡道(16‰及以上)設(shè)置接觸網(wǎng)電分相時(shí),將動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的列控分閘區(qū)情況和近邊界最低速度要求納入行規(guī),通過(guò)運(yùn)營(yíng)行車(chē)組織管理,即通過(guò)管理和技術(shù)的綜合手段的組合適用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)方案的最優(yōu)性能,是最佳解決途徑。

[1] 鐵道部.鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(200～250 km/h)(試行)[S].北京：2009.

[2] TB10009—98，鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 鐵運(yùn)[1999]102號(hào)，接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程[S].

[4] DS997 01，德國(guó)鐵路規(guī)范[S].

[5] 日本.電氣設(shè)施設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 法國(guó).接觸網(wǎng)安裝形式SNCF[S].

[7] 鐵建設(shè)[2007]47號(hào).新建300～350 km客運(yùn)專線設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].