梁艷明，趙曉娜，劉京童，李 康，陳小峰，孫寶磊，趙軍亮

0 前言

為適應(yīng)高速鐵路的弓網(wǎng)受流，2005 年國(guó)內(nèi)頒布的《新建時(shí)速200 公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中規(guī)定：時(shí)速200 km 以上接觸網(wǎng)的電分相均采用帶中性段的絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相。電分相錨段關(guān)節(jié)在設(shè)計(jì)上都必須滿足以下幾個(gè)最基本要求：保證受電弓的平滑過(guò)渡；每個(gè)斷口（空氣絕緣間隙）必須能滿足相間絕緣要求；斷口間距應(yīng)與機(jī)車(chē)受電弓間距滿足一定的配合關(guān)系，即有2 個(gè)斷口電分相錨段關(guān)節(jié)（含3 個(gè)斷口除外）的間距≠重聯(lián)或大編組動(dòng)車(chē)組允許同時(shí)升起的2 個(gè)受電弓間的距離，防止2 個(gè)受電弓同時(shí)將2 個(gè)斷口短接造成相間短路；設(shè)置位置符合線路坡度及距信號(hào)機(jī)距離要求。

在目前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的客運(yùn)專(zhuān)線上均采用帶中性段的絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相，其形式主要有六跨、八跨、十二跨等。每一種形式在設(shè)計(jì)中均能滿足電分相錨段關(guān)節(jié)基本要求，但在實(shí)際應(yīng)用中又存在一些問(wèn)題。為推進(jìn)國(guó)內(nèi)接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)程，提高運(yùn)營(yíng)管理效率，下面從供電調(diào)度員的視角對(duì)目前客運(yùn)專(zhuān)線上運(yùn)用的幾種典型的電分相式錨段關(guān)節(jié)的優(yōu)劣進(jìn)行比較分析，希望能對(duì)客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)電分相設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 雙斷口十二跨電分相錨段關(guān)節(jié)

目前京津城際鐵路采用的是十二（三）跨的長(zhǎng)分相設(shè)計(jì)模式，即電分相無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度大于雙弓間距。按照重聯(lián)動(dòng)車(chē)組受電弓前后車(chē)都升前弓或前后車(chē)都升后弓的運(yùn)行方式，雙弓間距為200～215 m，無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度約為220 m。動(dòng)車(chē)組斷電過(guò)分相，地面信號(hào)采用點(diǎn)式應(yīng)答器方式。雙弓運(yùn)行時(shí)動(dòng)車(chē)組斷電滑行距離在800 m 以上，滑行時(shí)間約為10 s（300 km/h 速度下），速度損失很大。其分相示意圖如圖1。

圖1 十二跨絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相平面示意圖

京津城際鐵路錨段關(guān)節(jié)式電分相的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在于它對(duì)2 個(gè)斷口（空氣絕緣間隙）都加裝了網(wǎng)上隔離開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)隔）。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該雙斷口雙網(wǎng)隔的設(shè)計(jì)使越區(qū)供電非常方便：

（1）牽引變電所一邊供電臂失電需越區(qū)供電時(shí)，可用同一變電所的1#、2#饋線與3#、4#饋線相互越區(qū)供電，而不需調(diào)整保護(hù)定值（因?yàn)轲伨€的主保護(hù)為阻抗保護(hù)）。

（2）需要跨越分區(qū)所越區(qū)供電時(shí)，分區(qū)所內(nèi)的越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)與分區(qū)所接觸網(wǎng)分相的網(wǎng)上隔離開(kāi)關(guān)互為備用，確保越區(qū)供電的成功。

（3）當(dāng)需要采用越區(qū)法處理動(dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)故障時(shí)方便快捷，供電調(diào)度員通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在幾分鐘左右即可完成。

但該長(zhǎng)分相也會(huì)對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生諸多不利，主要有以下幾方面：

（1）無(wú)電區(qū)過(guò)長(zhǎng)使動(dòng)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中速度損失嚴(yán)重。

（2）增加了機(jī)車(chē)停于無(wú)電區(qū)事件的發(fā)生概率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009 年京津城際鐵路累計(jì)發(fā)生了12 次動(dòng)車(chē)停于分相無(wú)電區(qū)事件。雖然多數(shù)是由ATP 故障引起，但無(wú)電區(qū)距離過(guò)長(zhǎng)（機(jī)車(chē)不能取流的等效無(wú)電區(qū)在300 m 以上）也是一個(gè)主要原因。

（3）限制運(yùn)行方式。不能滿足重聯(lián)動(dòng)車(chē)組前車(chē)升前弓+后車(chē)升后弓的運(yùn)行方式（2 個(gè)受電弓的距離在250 m 以上，有同時(shí)短接2 個(gè)斷口的可能），而且每一列8 輛編組動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)2 個(gè)受電弓是為了互為備用，在重聯(lián)運(yùn)行時(shí)除了前車(chē)升后弓+后車(chē)升前弓的方式是由于受電弓間距小于200 m 不能采用外，其他3 種方式（前后車(chē)都升前弓、前后車(chē)都升后弓、前車(chē)升前弓+后車(chē)升后弓）均應(yīng)能靈活運(yùn)用。在某種特定條件下，如果恰好重聯(lián)動(dòng)車(chē)組前車(chē)的后弓與后車(chē)的前弓同時(shí)故障，重聯(lián)動(dòng)車(chē)組還不能雙弓運(yùn)行，有違設(shè)計(jì)初衷。

2 雙中性段三斷口八跨電分相錨段關(guān)節(jié)

雙中性段三斷口八跨電分相錨段關(guān)節(jié)形式是為解決客貨混跑電力機(jī)車(chē)受電弓多弓運(yùn)行條件限制，特從意大利羅馬—那不勒斯（Rome—Naples）高速電氣化鐵道設(shè)計(jì)中引進(jìn)的。它實(shí)際上是由3 個(gè)連續(xù)的絕緣錨段關(guān)節(jié)組成，有2 個(gè)中性段，3 個(gè)斷口。無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度約98 m，中性區(qū)長(zhǎng)度為285 m。動(dòng)車(chē)組斷電過(guò)分相，斷電滑行距離約528 m，滑行時(shí)間約為7 s（300 km/h 速度下），速度損失也較大。該電分相錨段關(guān)節(jié)可以適應(yīng)于無(wú)高壓母線連接的任意雙弓間距運(yùn)行。目前已在國(guó)內(nèi)石太、武廣等客運(yùn)專(zhuān)線上采用。示意圖如圖2 所示。

該電分相錨段關(guān)節(jié)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）解決了受電弓間距的制約問(wèn)題。

（2）如果發(fā)生動(dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)內(nèi)，“有可能”在兩側(cè)饋線不停電的情況下將動(dòng)車(chē)救援出無(wú)電區(qū)。

圖2 八跨絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相平面示意圖

但在實(shí)際運(yùn)行中也有諸多不便：

（1）越區(qū)供電不靈活。因?yàn)樗? 個(gè)斷口，但一般只裝2 臺(tái)網(wǎng)隔，所以無(wú)法通過(guò)它完成越區(qū)工作，使得同一變電所兩側(cè)供電臂不能互越（1#、3#饋線間與2#、4#饋線間）。另外，更為重要的是：當(dāng)需要跨分區(qū)所越區(qū)供電而恰好分區(qū)所遠(yuǎn)動(dòng)操作失靈時(shí)，會(huì)給運(yùn)行帶來(lái)極為不利的影響。因?yàn)榉謪^(qū)所多為無(wú)人值守，且離檢修工區(qū)較遠(yuǎn)，所以唯一的解決方法只能是等人員趕到分區(qū)所進(jìn)行當(dāng)?shù)夭僮?。如果天氣不好汽?chē)無(wú)法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，還需調(diào)用綜合檢修作業(yè)車(chē)，情況會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜。

（2）動(dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)時(shí)救援更加復(fù)雜。該3斷口電分相雖說(shuō)可在兩側(cè)饋線不停電的情況下通過(guò)網(wǎng)隔操作將動(dòng)車(chē)救出無(wú)電區(qū)，但實(shí)際操作過(guò)程復(fù)雜，對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懜鼮椴焕Ｒ坏﹦?dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)，首先要通過(guò)列調(diào)令動(dòng)車(chē)降弓，相關(guān)的2 條供電臂所有動(dòng)車(chē)都降弓，2 條供電臂退出并聯(lián)。然后令停于無(wú)電區(qū)的動(dòng)車(chē)司機(jī)下車(chē)確認(rèn)受電弓的位置，如果受電弓升起后的接觸點(diǎn)位于危險(xiǎn)區(qū)（如圖3 所示）之外，則可通過(guò)合前方網(wǎng)隔讓動(dòng)車(chē)前進(jìn)，或合后方網(wǎng)隔讓動(dòng)車(chē)向后退出無(wú)電區(qū)。但如果受電弓與接觸線的接觸點(diǎn)恰好在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，則須調(diào)用其它機(jī)車(chē)將其拖出無(wú)電區(qū)。為便于說(shuō)明問(wèn)題現(xiàn)將圖2 陰影部分的立面圖放大繪制如圖3。

如受電弓恰好在圖3 所示A 點(diǎn)，升弓后受電弓受力在虛線中性段，而與實(shí)線中性段虛接。合上W2后機(jī)車(chē)同樣會(huì)檢測(cè)到網(wǎng)壓正常，如果機(jī)車(chē)此時(shí)合主斷路器啟動(dòng)，較大的啟動(dòng)電流會(huì)引起拉弧。加之此時(shí)受電弓滑板與接觸線相對(duì)移動(dòng)速度較慢，電弧熱量在局部積累，可能燒損接觸線而后果嚴(yán)重。

圖3 八跨電分相中心部分立面圖

由此可知：動(dòng)車(chē)司機(jī)下車(chē)確認(rèn)受電弓位置，列車(chē)調(diào)度協(xié)調(diào)聯(lián)系，供電調(diào)度進(jìn)行判斷，該過(guò)程即復(fù)雜又耗時(shí)，而且如果受電弓就在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，則以上所做的工作均是徒勞的。而京津城際鐵路的雙斷口雙網(wǎng)隔分相在該情況下只需降弓、解環(huán)、斷開(kāi)兩側(cè)電源然后用網(wǎng)隔越區(qū)即可，既簡(jiǎn)單又快捷。

3 雙斷口六跨電分相錨段關(guān)節(jié)

雙斷口六跨電分相是借鑒法國(guó)高速鐵路的一種短分相設(shè)計(jì)模式，即雙弓間距大于中性區(qū)的長(zhǎng)度。其有2 個(gè)斷口，但只在運(yùn)行方向上裝設(shè)1 臺(tái)網(wǎng)隔。無(wú)電區(qū)約22 m，等效無(wú)電區(qū)約35 m，中性區(qū)的距離小于190 m。動(dòng)車(chē)組斷電過(guò)電分相，地面信號(hào)采用點(diǎn)式應(yīng)答器方式，雙弓運(yùn)行時(shí)動(dòng)車(chē)組斷電滑行距離在400 m 以上，滑行時(shí)間約5 s（300 km/h速度下），速度損失最小。目前在國(guó)內(nèi)合武客運(yùn)專(zhuān)線等線路上大量采用。示意圖如圖4 所示。

圖4 六跨絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相平面示意圖

該短分相模式的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)車(chē)斷電滑行距離短，速度損失小；無(wú)電區(qū)短，較少發(fā)生動(dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)故障；對(duì)動(dòng)車(chē)組的升弓方式制約小。其不足之處是：2 個(gè)斷口只裝設(shè)1 臺(tái)網(wǎng)隔，制約了越區(qū)供電的靈活性，它的設(shè)計(jì)初衷可能是防止2 個(gè)斷口都裝設(shè)網(wǎng)隔，一旦同時(shí)誤合會(huì)造成相間斷路，其實(shí)只需將2 臺(tái)網(wǎng)隔加裝電氣閉鎖，將解鎖權(quán)留到調(diào)度端即可；救援方式復(fù)雜，當(dāng)動(dòng)車(chē)停于無(wú)電區(qū)時(shí)也需要?jiǎng)榆?chē)司機(jī)下車(chē)確認(rèn)受電弓不在危險(xiǎn)區(qū)（靠近分相內(nèi)未裝網(wǎng)隔側(cè)接觸線與中性線轉(zhuǎn)換處）內(nèi)，方可采用合網(wǎng)隔的方式救援，由于其無(wú)電區(qū)較短，一旦發(fā)生動(dòng)車(chē)帶電過(guò)分相，則高速通過(guò)的受電弓將電弧拉長(zhǎng)，可能通過(guò)電弧造成相間短路。

4 綜合分析

2009 年10 月1 日起施行的鐵道部TG/03-2009規(guī)定：200～250 km/h 客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)分相裝置應(yīng)采用帶中性段的空氣間隙的錨段關(guān)節(jié)形式。中性段長(zhǎng)度應(yīng)小于200 m 或無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度大于220 m。這是指電分相錨段關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的2 種主要模式：短分相設(shè)計(jì)模式（受電弓間距離大于中性段的長(zhǎng)度）和長(zhǎng)相設(shè)計(jì)模式（受電弓間距離小于電分相無(wú)電區(qū)的長(zhǎng)度）。此外，還有以上提到的3 個(gè)斷口設(shè)計(jì)模式。

長(zhǎng)分相設(shè)計(jì)模式主要適用于不斷電自動(dòng)過(guò)電分相技術(shù)。如日本新干線采用的地面開(kāi)關(guān)站切換方式，預(yù)留一個(gè)較長(zhǎng)的中性段以保證列車(chē)高速通過(guò)時(shí)能可靠完成機(jī)車(chē)位置判定及電源切換等工作。無(wú)電區(qū)長(zhǎng)度不影響斷電時(shí)間間隔（約0.1～0.15 s）。該不斷電自動(dòng)過(guò)電分相技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)還不是很成熟，其所需投資龐大，技術(shù)較高。因此長(zhǎng)分相設(shè)計(jì)模式在京津城際鐵路之后的其他客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中均未被再次采用。

短分相設(shè)計(jì)模式則更適用于地面感應(yīng)車(chē)載自動(dòng)斷電過(guò)分相技術(shù)。國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的客運(yùn)專(zhuān)線基本均采用地面感應(yīng)車(chē)載自動(dòng)斷電過(guò)分相技術(shù)。它是一種比較適合國(guó)內(nèi)當(dāng)前現(xiàn)實(shí)的動(dòng)車(chē)過(guò)分相技術(shù)，它投資小、維護(hù)方便、可靠度和安全性較高，且可預(yù)留一個(gè)合適的時(shí)限完成電源切換工作，從而避免瞬間換相對(duì)機(jī)車(chē)電路及牽引網(wǎng)保護(hù)提出的更高技術(shù)要求。而短分相模式是與之相適應(yīng)的較為合理的分相設(shè)計(jì)模式，它可以長(zhǎng)效提高列車(chē)運(yùn)行速度、節(jié)約能源、方便調(diào)度運(yùn)維。同時(shí)應(yīng)借鑒京津城際鐵路的雙斷口雙網(wǎng)隔模式，在分相的2 個(gè)斷口裝設(shè)2 臺(tái)網(wǎng)隔并進(jìn)行電氣閉鎖，以利于越區(qū)供電的靈活性。因?yàn)樵絽^(qū)供電對(duì)提高牽引供電可靠性有著非常重要的意義。

至于雙中性段三斷口八跨電分相錨段關(guān)節(jié)主要是出于多弓運(yùn)行來(lái)考慮的。但高速鐵路要求雙弓間距不能太近，否則后弓的閃弧會(huì)對(duì)接觸線造成傷害，影響受流質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)客運(yùn)專(zhuān)線弓網(wǎng)受流質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)引用了歐洲TSI 標(biāo)準(zhǔn)，允許雙弓間最小距離200 m。所以客貨混跑及多弓運(yùn)行問(wèn)題應(yīng)通過(guò)技術(shù)管理規(guī)定或行車(chē)組織規(guī)定等方法加以解決。該電分相由于其斷電滑行距離較長(zhǎng)且存在上述不利運(yùn)行的因素（如果在3 個(gè)斷口都加裝網(wǎng)隔的話，則每個(gè)電分相上下行就需要6 臺(tái)網(wǎng)隔，這樣既增加了投資，同時(shí)也增加了操作難度及故障概率），因此在今后的客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中不建議繼續(xù)采用。

綜上所述，電分相錨段關(guān)節(jié)在設(shè)計(jì)上除了要滿足最基本要求外，還應(yīng)滿足：

（1）電分相錨段關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)模式必須與所采用的動(dòng)車(chē)過(guò)電分相技術(shù)相適應(yīng)。

（2）通過(guò)電分相錨段關(guān)節(jié)的網(wǎng)隔應(yīng)能完成越區(qū)供電，以提高越區(qū)供電的靈活性及牽引供電的可靠性。

示意圖如圖5。

圖5 七跨絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相平面示意圖

在目前國(guó)內(nèi)采用地面感應(yīng)車(chē)載自動(dòng)斷電過(guò)分相技術(shù)的條件下，應(yīng)采用短分相設(shè)計(jì)模式，即采用七跨雙斷口雙網(wǎng)隔電分相錨段關(guān)節(jié)，將上述六跨電分相錨段關(guān)節(jié)的等效無(wú)電區(qū)距離再延長(zhǎng)一個(gè)跨距，以避免地面感應(yīng)車(chē)載自動(dòng)斷電系統(tǒng)故障，發(fā)生動(dòng)車(chē)帶電過(guò)分相時(shí)高速運(yùn)行的受電弓拉長(zhǎng)電弧將異相短接。同時(shí)在分相的2 個(gè)斷口都加裝網(wǎng)隔，并進(jìn)行電氣閉鎖，以利于越區(qū)供電。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，為滿足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸需要，各條客運(yùn)專(zhuān)線快速上馬，3 個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)及“四縱四橫”快速客運(yùn)主通道正在形成。中國(guó)高速鐵路技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)從博采眾長(zhǎng)、消化吸收到自成體系、自主創(chuàng)新的關(guān)鍵階段。這也對(duì)每位從事?tīng)恳╇娺\(yùn)維人員提出了全新挑戰(zhàn)。自動(dòng)過(guò)電分相技術(shù)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。只有通過(guò)不同形式的電分相錨段關(guān)節(jié)在客運(yùn)專(zhuān)線運(yùn)營(yíng)效果的總結(jié)，才能找到適合的最佳設(shè)計(jì)方案，逐步形成具有中國(guó)特色的高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系。

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