羅 星,羅文驥,朱建凱,蒲建剛

高速、高坡、重載電氣化鐵路地面控制自動(dòng)過(guò)分相工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

羅 星1,羅文驥2,朱建凱2,蒲建剛2

(1.School of Engineering,the University ofWarwick,U.K.;2.西安鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所,西安 710054)

建議對(duì)地面控制自動(dòng)過(guò)分相術(shù)語(yǔ)進(jìn)行規(guī)范;為創(chuàng)新歸納工程設(shè)計(jì)的諸多內(nèi)容,針對(duì)工程項(xiàng)目開展應(yīng)用研究,梳理規(guī)范工程設(shè)計(jì)中各專業(yè)的分工和相關(guān)專業(yè)的配套接口設(shè)計(jì)原則、方法、內(nèi)容;創(chuàng)新采用分相所箱體結(jié)構(gòu)、八跨式或“N+n”的雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相、系統(tǒng)供電遠(yuǎn)動(dòng)通道接口及遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控技術(shù)、土建工程設(shè)計(jì)要點(diǎn);以及機(jī)車兼容配套等預(yù)算費(fèi)用編列等問(wèn)題;創(chuàng)新應(yīng)用研究取得了青藏鐵路西格復(fù)線、神朔鐵路等多處地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)成功應(yīng)用實(shí)例,得出創(chuàng)新應(yīng)用研究先進(jìn)科學(xué)可行的結(jié)論。

地面控制自動(dòng)過(guò)分相;正常轉(zhuǎn)換時(shí)間;分相所;中性段轉(zhuǎn)換區(qū);遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控

Key words:automatic ground control neutral-section passing;normal conversion time;split-phase post; conversion area of neutral section;remotemonitoring

西安鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所研發(fā)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)裝置,從1998年投入工程應(yīng)用至今已有15年的時(shí)間,涉及7條線路的成功應(yīng)用。這是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),自有核心技術(shù),自行國(guó)內(nèi)制造,目前我國(guó)唯一正式投入運(yùn)營(yíng)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)裝置。

中鐵一、二、三、四設(shè)計(jì)院,中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司等單位曾承擔(dān)該技術(shù)的項(xiàng)目設(shè)計(jì);鐵科院東郊分院曾承擔(dān)鐵道部運(yùn)輸局組織的系統(tǒng)裝置檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。擬進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用研究,歸納提出后續(xù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則及建議;也為科研創(chuàng)新、學(xué)術(shù)探索,國(guó)內(nèi)外技術(shù)比較提供有益的借鑒,以利于該技術(shù)在我國(guó)高速、高坡、重載、高海拔電氣化鐵路的推廣應(yīng)用。

1 地面控制自動(dòng)過(guò)分相術(shù)語(yǔ)的由來(lái)與規(guī)范

1.1 異相電源切換裝置和地面開關(guān)切換自動(dòng)過(guò)分相

檢索考證,1981年依據(jù)日本“電氣鐵道”雜志連載的7篇講座文稿,國(guó)內(nèi)翻譯出版了《交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)》,較早介紹了日本新干線采用的異相電源切換裝置[1];2003年《世界高速鐵路技術(shù)》以地面開關(guān)切換自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)講解[2]。

1.2 相分段自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置及3種自動(dòng)過(guò)電分相裝置

1978年,西安鐵路局科研所為解決寶成線的運(yùn)輸瓶頸,開始國(guó)內(nèi)電力機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相的研究,1997年通過(guò)鐵道部“相分段自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置”科技成果鑒定[3]。2001年中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)電氣化委員會(huì)在南昌舉辦《電氣化鐵路自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)》學(xué)術(shù)會(huì)議,論文集記載了國(guó)內(nèi)外涉及的高速、準(zhǔn)高速、高坡、重載運(yùn)輸采用的自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)[4]。2002年于萬(wàn)聚教授撰著出版《高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)》,專設(shè)章節(jié)詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)外車載斷電、地面帶電、柱上網(wǎng)上斷載3種自動(dòng)過(guò)分相裝置的應(yīng)用與發(fā)展情況[5]。

1.3 機(jī)車控制自動(dòng)過(guò)分相與地面控制自動(dòng)過(guò)分相

2006年鐵道部科技司在組織株洲電力機(jī)車研究所與廣鐵集團(tuán)科研所提出的行標(biāo)審查會(huì)上,與會(huì)專家、技術(shù)人員結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)的研究、認(rèn)知,以及我國(guó)大陸和香港、臺(tái)灣地區(qū)實(shí)際應(yīng)用情況,討論提議,條件成熟,應(yīng)分別組織編制兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),即于2009-03-01實(shí)施的《機(jī)車控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)條件》(TB/T 3197—2008),2011年組織審查的《地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)條件(送審稿)》[6-7]。

因此,建議我國(guó)系統(tǒng)技術(shù)術(shù)語(yǔ),仍應(yīng)遵循鐵標(biāo)制定意見進(jìn)行規(guī)范,分別稱作:地面控制自動(dòng)過(guò)分相、機(jī)車控制自動(dòng)過(guò)分相,簡(jiǎn)稱時(shí)可將“控制”二字省略。

1.4 地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用范圍

該系統(tǒng)最突出的創(chuàng)新特點(diǎn):是依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),精確判斷列車到達(dá)轉(zhuǎn)換位置時(shí),啟動(dòng)并控制分相所的真空斷路器,按照程序順序執(zhí)行分合的正確操作,實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)電分相的中性區(qū)在不同的時(shí)間段轉(zhuǎn)換與相鄰不同供電臂的連接,瞬間正常轉(zhuǎn)換時(shí)間0.13 s,保證接觸網(wǎng)連續(xù)不間斷供電;滿足電力機(jī)車、電動(dòng)車組主斷路器始終在閉合狀態(tài)下,帶負(fù)荷,幾乎不降速地自動(dòng)通過(guò)電分相的運(yùn)行,保障牽引供電、機(jī)務(wù)運(yùn)用的安全可靠性。地面控制自動(dòng)過(guò)分相裝置滿足速度0～350 km/h的電氣化鐵路;滿足中國(guó)鐵路在高速、高坡、重載、客運(yùn)專線、客貨共線等多種鐵路運(yùn)輸?shù)男枨?滿足多種類型、具備兼容功能的直流、交流傳動(dòng)電力機(jī)車,電動(dòng)車組,采用單機(jī)、雙機(jī)、多機(jī)配合等編組形式,最大限度地發(fā)揮出各類電力機(jī)車、動(dòng)車組的連續(xù)牽引力/制動(dòng)力,保持機(jī)車通過(guò)電分相的速度和安全運(yùn)行,壓縮運(yùn)行時(shí)分,顯著提高鐵路綜合運(yùn)輸效率。因此,地面控制自動(dòng)過(guò)分相的方式與設(shè)計(jì)的線路速度等級(jí)、電力機(jī)車動(dòng)車組類型、通過(guò)電分相的運(yùn)行速度無(wú)必然關(guān)聯(lián);運(yùn)行速度可預(yù)測(cè)在地面真空斷路器分合轉(zhuǎn)換時(shí)間段的列車走行距離,幫助判識(shí)列車運(yùn)行位置,合理掌控轉(zhuǎn)換設(shè)備和電路的設(shè)計(jì)布置。

2 地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)規(guī)范

我國(guó)自主研發(fā),投入運(yùn)營(yíng)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)由地面設(shè)施、接觸網(wǎng)設(shè)施、車載設(shè)施三部分的列車位置識(shí)別、控制保護(hù)、操作執(zhí)行、遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控、接觸網(wǎng)中性段轉(zhuǎn)換區(qū)、車載兼容6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)參見圖1。

圖1 地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)工程創(chuàng)新集成了自動(dòng)控制,高壓電器,相控關(guān)合,電子信息,遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控,光纖通信,機(jī)車主,輔變流器控制等領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)。工程設(shè)計(jì)主要涉及行車組織、牽引供變電、接觸網(wǎng)專業(yè),配套的信號(hào)、通信、電力、機(jī)務(wù)、土建專業(yè),可遵循和借鑒的設(shè)計(jì)規(guī)范主要有《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10009—2005)、《鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10117—2008)、《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10007—2006)、《鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10006—2005)等。

3 工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用研究

我國(guó)自主研發(fā),在應(yīng)用中堅(jiān)持創(chuàng)新的地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù),分別在寶成線秦嶺北麓30‰的連續(xù)高坡線路,神朔萬(wàn)噸重載煤運(yùn)鐵路,宜萬(wàn)鐵路、青藏鐵路西格復(fù)線等準(zhǔn)高速或快速鐵路取得成功運(yùn)營(yíng)業(yè)績(jī)和經(jīng)驗(yàn)。

3.1 分相所全備用主接線及工作原理

分相所全備用主接線采用符合設(shè)計(jì)規(guī)范的國(guó)產(chǎn)電氣化鐵道27.5 kV高壓設(shè)備組成,主要由1ZK、2ZK兩臺(tái)主用真空斷路器,與其串聯(lián)、并聯(lián)的3ZK、4ZK、11ZK、22ZK四臺(tái)備用的真空斷路器,以及電壓互感器、饋線電動(dòng)隔離開關(guān)、避雷器組成。當(dāng)主用真空斷路器執(zhí)行閉合、開斷時(shí)發(fā)生故障,與其并聯(lián)、串聯(lián)的真空斷路器頂替完成;此種主用開關(guān)2種狀態(tài)的在線備用設(shè)置,創(chuàng)新簡(jiǎn)捷地解決了系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備故障的備用替代方案;并建立了閉鎖聯(lián)鎖雙重控制保護(hù)環(huán)節(jié),故障的處置對(duì)供電臂中的列車不會(huì)造成影響。二次設(shè)備有控制屏、交直流電源屏、蓄電池柜等。接觸網(wǎng)電分相選用雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式,設(shè)置中性段轉(zhuǎn)換區(qū)。圖2示的1JY、2JY是電分相采用500mm的2處空氣絕緣間隙,可滿足機(jī)車受電弓的平穩(wěn)過(guò)渡和連續(xù)受流。沿鐵路線路設(shè)置的3臺(tái)列車位置傳感器1CG、2CG、3CG,將機(jī)車的運(yùn)行位置信息,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞到分相所的控制屏,經(jīng)邏輯運(yùn)算發(fā)出相應(yīng)命令,控制、操作真空斷路器按程序進(jìn)行分?jǐn)?、關(guān)合,實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)中性段轉(zhuǎn)換區(qū),與相鄰不同供電電源的自動(dòng)轉(zhuǎn)換與連續(xù)供電(圖2)[-8 9]。

圖2 地面控制自動(dòng)過(guò)分相主接線及原理示意

3.2 設(shè)計(jì)采用的主要技術(shù)條件及性能參數(shù)[7]

(1)適用速度范圍:0～350 km/h;

(2)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí)間:正常轉(zhuǎn)換時(shí)間t≤(0.13± 0.02)s;備用轉(zhuǎn)換時(shí)間t1≤(0.4±0.05)s;

(3)系統(tǒng)額定電壓:27.5 kV;

(4)系統(tǒng)額定電流:1 250 A或1 600 A;

(5)系統(tǒng)額定短時(shí)耐受電流:不小于16 kA;

(6)系統(tǒng)額定短路開斷電流:不小于16 kA;

(7)系統(tǒng)壽命:不小于300 000次;

(8)真空斷路器:電氣性能符合系統(tǒng)要求,創(chuàng)新采用永磁操作機(jī)構(gòu),首次在國(guó)內(nèi)35 kV等級(jí)應(yīng)用智能相控關(guān)合技術(shù),智能選相精度±0.4ms;電氣壽命不小于6萬(wàn)次。

3.3 分相所的工程設(shè)計(jì)

分相所是新的術(shù)語(yǔ)界定,是系統(tǒng)控制設(shè)備、核心技術(shù)集中安裝部分,分設(shè)高壓室、控制室,建設(shè)規(guī)模復(fù)雜性大于分區(qū)所。應(yīng)參照鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)開閉所、分區(qū)所的條文進(jìn)行設(shè)計(jì)。宜采用與牽引變電所、分區(qū)所等共同選址合建的設(shè)計(jì)方案,以簡(jiǎn)化方便進(jìn)出高壓饋線、光纜、電纜的連接,以及遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的資源共享,互聯(lián)互通。分相所的設(shè)計(jì)可采用供電傳統(tǒng)的房建式或箱體式方案。推薦采用創(chuàng)新的2010年箱式分相所設(shè)計(jì)方案,以保證電氣裝置整體質(zhì)量,方便現(xiàn)場(chǎng)整體安裝、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等諸項(xiàng)工序,提高系統(tǒng)施工建造水平。

箱式分相所創(chuàng)新規(guī)范為4種型號(hào),各型號(hào)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺寸:長(zhǎng)11m,寬2.4m,高2.96m,安裝饋線穿墻套管高度3.6m,常采用的是C、D型箱體。高壓室應(yīng)設(shè)計(jì)有鋼板相隔的設(shè)備間隔,控制室設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)屏體的安裝空間,箱體出廠完成一次、二次的設(shè)計(jì)施工安裝,試驗(yàn)檢驗(yàn)等工作內(nèi)容,應(yīng)符合GB/T 17467—2010高壓/低壓預(yù)裝式變電站的要求。C型箱體及配套的箱體基礎(chǔ)圖見圖3。

圖3 創(chuàng)新的箱式分相所(C型)及配套的箱體基礎(chǔ)參考圖(單位:mm)

分相所的3條高壓饋線經(jīng)電動(dòng)隔離開關(guān),設(shè)置明顯斷開點(diǎn),再經(jīng)頂部穿墻套管引入分相所箱內(nèi)設(shè)備母線,充分考慮現(xiàn)場(chǎng)停電檢修、設(shè)備維護(hù)的需求,應(yīng)符合鐵運(yùn)[1999]101號(hào)文件《牽引變電所安全工作規(guī)程》的規(guī)定。

分相所應(yīng)設(shè)計(jì)有安全接地網(wǎng)、防雷系統(tǒng),防護(hù)接地電阻應(yīng)不大于4Ω;需要單獨(dú)或與合建所通盤考慮27.5 kV饋線、電纜進(jìn)出連接方式,所內(nèi)道路、所照明、安全圍墻、安全視頻監(jiān)控等單項(xiàng)建安工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.4 接觸網(wǎng)電分相的設(shè)計(jì)

電分相設(shè)計(jì)應(yīng)采用帶中性區(qū)的雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)方式,依據(jù)高速客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定,中性段轉(zhuǎn)換區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)保證囊括通過(guò)列車、動(dòng)車組的全部受電弓,實(shí)施一次完成供電電源的轉(zhuǎn)換,也稱作“同收同放”型轉(zhuǎn)換方式。因此,中性段轉(zhuǎn)換區(qū)的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)要根據(jù)線路允許的最高行車速度,電力機(jī)車、動(dòng)車組的編組方式,受電弓的數(shù)量、間距及系統(tǒng)裝置各種轉(zhuǎn)換形式等諸多因素綜合計(jì)算確定;同時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確設(shè)置列車的判識(shí)電路及傳感器設(shè)備。單、雙電力機(jī)車牽引區(qū)段,推薦采用八跨式的雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相;動(dòng)車組、重載組合列車牽引區(qū)段,推薦采用八跨加四跨式的雙斷口長(zhǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相,也稱作“N+n”方式電分相(圖4)。

圖4 雙斷口“N+n”的長(zhǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相

中性段轉(zhuǎn)換區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算公式、

其中,J為列車或動(dòng)車組編組列車的前軸至整列車所有受電弓的距離,m;V為線路允許的最高運(yùn)行速度或該電分相處線路限制的運(yùn)行速度,m/s;安全距離為依據(jù)線路類別、運(yùn)行速度、共線列車等綜合因素考慮選擇。

依據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》設(shè)計(jì)電分相處的電動(dòng)斷電標(biāo)、T斷標(biāo)、合標(biāo)、禁止雙弓標(biāo)等安全行車標(biāo)志。

3.5 列車位置識(shí)別電路及設(shè)備的設(shè)計(jì)

地面控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)的列車位置識(shí)別技術(shù),創(chuàng)新采用傳感器及其構(gòu)成的軌道電路進(jìn)行信號(hào)采集判識(shí),及時(shí)發(fā)出啟動(dòng)裝置系統(tǒng)的控制信號(hào),滿足安全可靠運(yùn)行。其列車識(shí)別率要達(dá)到100%,杜絕列車通過(guò)的漏檢現(xiàn)象,是重要的技術(shù)關(guān)鍵子系統(tǒng)。

該部分設(shè)計(jì)須有多專業(yè)配合完成,設(shè)計(jì)院接觸網(wǎng)專業(yè)應(yīng)根據(jù)線路、運(yùn)輸組織及供電設(shè)計(jì)等技術(shù)條件,先提出電分相設(shè)計(jì)圖紙;再交由裝置設(shè)備供應(yīng)方及時(shí)在接觸網(wǎng)電分相圖上進(jìn)行軌道電路及傳感器的設(shè)計(jì)布置;然后再返回設(shè)計(jì)院征詢信號(hào)專業(yè)設(shè)計(jì)確認(rèn)。重點(diǎn)要協(xié)調(diào)落實(shí)在列車位置識(shí)別電路上下行方向兩側(cè)各15 m范圍內(nèi),必須確保無(wú)其他信號(hào)設(shè)備的干擾和影響,尤其是不應(yīng)有ZWP2000信號(hào)自動(dòng)閉塞區(qū)間補(bǔ)償電容等對(duì)軌道識(shí)別電路的影響。必要時(shí)須請(qǐng)信號(hào)專業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)整設(shè)備布置,通常采取的措施是調(diào)整區(qū)間電容器位置或加設(shè)電容器等,以提供地面控制自動(dòng)過(guò)分相裝置正常工作的必要條件。

3.6 光纜通道和遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控的通信設(shè)計(jì)

分相所納入牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)通道及接口的設(shè)計(jì)。

(1)優(yōu)先推薦從分相所控制屏,采用光纜溝通,接入鄰近的牽引變電所或分區(qū)所的綜自系統(tǒng)的RTU,以RS485接口接入供電運(yùn)動(dòng)通道系統(tǒng);再與調(diào)度所(電調(diào))調(diào)度端聯(lián)結(jié)溝通,分相所作為遠(yuǎn)動(dòng)終端(被控站)或被控單元設(shè)置,以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式,上傳信息,納入調(diào)度端總體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)調(diào)度所對(duì)分相所設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)動(dòng)的遙控、遙信監(jiān)控。

(2)當(dāng)分相所遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有鄰近的變電所、分區(qū)所可接入時(shí),也可從分相所控制屏,采用光纜,接入就近的車站通信機(jī)械室,也應(yīng)以RS485接口,引接至專設(shè)的供電遠(yuǎn)動(dòng)通道,再與調(diào)度所的調(diào)度端進(jìn)行連通,同樣納入調(diào)度端總體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)調(diào)度所對(duì)分相所設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)動(dòng)的遙控、遙信監(jiān)控。

(3)分相所遠(yuǎn)動(dòng)通道應(yīng)設(shè)計(jì)為1主1備,光纜采用CYTZA53單模1×4芯或8芯,接口采用RS485。通訊協(xié)議遵循MODBUS協(xié)議。車站通信機(jī)械室若沒(méi)有RS485接口時(shí),設(shè)計(jì)應(yīng)用轉(zhuǎn)換設(shè)備將接入接口轉(zhuǎn)換為RS485接口。通道的技術(shù)制式、接口標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)約在同一牽引供電系統(tǒng)內(nèi)宜統(tǒng)一,技術(shù)要求應(yīng)符合TB 10117—2008。

分相所通信設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置電調(diào)電話一部,方便調(diào)度指揮故障處置及設(shè)備的日常維護(hù)檢修。

3.7 分相所的視頻安全監(jiān)控設(shè)計(jì)

納入專用的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),接觸網(wǎng)、供變電和通信專業(yè)需事先溝通協(xié)調(diào),做到一條線路的標(biāo)準(zhǔn)、制式、設(shè)備統(tǒng)一,方案合理,不應(yīng)有設(shè)計(jì)漏項(xiàng)或運(yùn)營(yíng)部門在交接投運(yùn)后再補(bǔ)設(shè)。

3.8 外部供電電源的設(shè)計(jì)

分相所應(yīng)設(shè)有兩路獨(dú)立的外部供電電源,電壓等級(jí)可均為交流220 V,容量各5 kVA;以電力電纜方式引接至分相所的電源配電箱;在交直流電源屏上再實(shí)現(xiàn)雙電源的互為備用投入。

3.9 土建工程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)及其他設(shè)計(jì)工作

土建設(shè)計(jì)側(cè)重做好外業(yè)地質(zhì)調(diào)查,主要工作是箱體基礎(chǔ)設(shè)計(jì),箱體質(zhì)量12 t,可參考圖3的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)圖,注意設(shè)置工作平臺(tái)和設(shè)備搬運(yùn)斜坡道;分相所場(chǎng)坪設(shè)計(jì)主要有進(jìn)所道路、防護(hù)圍墻或網(wǎng)柵、場(chǎng)坪排水,以及穩(wěn)定防護(hù)工程等;設(shè)備基礎(chǔ)主要有電動(dòng)隔離開關(guān)、斷電標(biāo)、傳感器的基礎(chǔ),可選用專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)圖紙;土建基礎(chǔ)施工圖要兼顧考慮分相所的防雷和接地網(wǎng)設(shè)計(jì)施工要求。

電纜、電力、防雷接地等建筑安裝工程應(yīng)有分項(xiàng)配套的設(shè)計(jì)文件及相應(yīng)的工程預(yù)算。電力機(jī)車、動(dòng)車組的兼容技術(shù)配套費(fèi)用可預(yù)列在機(jī)務(wù)專業(yè)。涉及的隔離開關(guān)、傳感器、電動(dòng)段標(biāo)等設(shè)備安裝,需研究制定配套規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)參考圖紙。應(yīng)及時(shí)做好設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)、施工交底工作,協(xié)調(diào)配合建設(shè)交驗(yàn)各方,按期完成項(xiàng)目建設(shè),保證裝置系統(tǒng)的同步開通投運(yùn)。

4 典型應(yīng)用工程項(xiàng)目介紹

我國(guó)的地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)適應(yīng)環(huán)境條件廣泛,該技術(shù)的運(yùn)用管理自成體系,維護(hù)簡(jiǎn)捷,系統(tǒng)技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備冗余設(shè)計(jì)安全可靠,系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)、價(jià)格都優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品,適合中國(guó)國(guó)情,處于該技術(shù)領(lǐng)先水平。已開通應(yīng)用于5條高坡、重載等線路,投入運(yùn)行裝置12套;完成工程交接并通過(guò)檢驗(yàn)運(yùn)行的準(zhǔn)高速或快速鐵路2條,11套裝置。2006年以來(lái),獲得2項(xiàng)國(guó)家專利;被評(píng)選為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品;獲得中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)、創(chuàng)新技術(shù)獎(jiǎng)各1項(xiàng);陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng),第十九屆全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng)、陜西省職工優(yōu)秀發(fā)明成果金獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

寶成線寶雞東至秦嶺段線路長(zhǎng)度47 km,20‰以上高坡區(qū)段31.53 km,30‰高坡區(qū)段4.3 km。1998年首次開通觀音山分相所,2004年后又建成投運(yùn)楊家灣、寶雞南分相所。在高坡重載區(qū)段,形成了連續(xù)貫通采用地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)的安全運(yùn)輸新局面,提升了電氣化鐵路的整體安全保障性。壓縮限制區(qū)間運(yùn)行時(shí)分1 min 19 s,列車牽引定數(shù)由2 600 t提高到2 800 t,同時(shí)增加圖定列車1對(duì),實(shí)現(xiàn)了寶成線年增60萬(wàn)t運(yùn)量的運(yùn)輸擴(kuò)能需求。

神華集團(tuán)神朔鐵路公司管轄復(fù)線電氣化266 km, 2006、2007年建成投運(yùn)南梁、橋頭、陰塔3處分相所, 2012年2月又完成以上3處“萬(wàn)噸重載列車”采用地面自動(dòng)過(guò)分相的技術(shù)改造,并且新建投運(yùn)神池南分相所;4處采用“N+n”的中性段轉(zhuǎn)換區(qū)長(zhǎng)度約1.7 km,實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸重載運(yùn)煤專列“同收同放”的地面控制自動(dòng)過(guò)分相方式,2012年實(shí)現(xiàn)日發(fā)萬(wàn)噸運(yùn)煤專列40列,該線路運(yùn)能及運(yùn)輸效率得到顯著提高。

2012年3月鐵道部組織HXD1C高原型機(jī)車與地面控制自動(dòng)過(guò)分相裝置的綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)試圓滿完成。這標(biāo)志著我國(guó)在高海拔地區(qū)采用地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)、機(jī)車兼容技術(shù)等諸多方面的應(yīng)用研究取得成功,填補(bǔ)了世界4 000 m高海拔地區(qū)鐵路技術(shù)領(lǐng)域的空白,總體技術(shù)具有國(guó)際領(lǐng)先水平。

5 結(jié)論

規(guī)范采用地面控制自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)術(shù)語(yǔ);電源瞬間正常轉(zhuǎn)換時(shí)間0.13 s,于電分相處通過(guò)的列車運(yùn)行速度無(wú)必然關(guān)聯(lián),因此適用于高速、高坡、重載、客運(yùn)專線、客貨共線等多種電氣化鐵路的運(yùn)輸;分相所設(shè)計(jì)優(yōu)先推薦采用新型箱式(C型)整體方案;電分相設(shè)計(jì)應(yīng)采用八跨式或“N+n”的八跨加四跨式雙斷口絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相;列車識(shí)別電路布置注意同信號(hào)專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)確認(rèn);遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及通道接口設(shè)計(jì)首選接入鄰近牽引變電所、分區(qū)所的綜自系統(tǒng),再上傳調(diào)度所納入總體設(shè)計(jì);注意兩路外部220 V電源設(shè)計(jì);土建工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)是箱體、隔離開關(guān)等設(shè)備的基礎(chǔ)和分相所場(chǎng)坪設(shè)計(jì),其他建安工程內(nèi)容的設(shè)計(jì),以及機(jī)車兼容配套等預(yù)算費(fèi)用的編列;做好設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)、施工交底與建設(shè)中的協(xié)調(diào)配合,保證項(xiàng)目按期建成同步開通投運(yùn)。工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用研究的內(nèi)容在典型工程項(xiàng)目中應(yīng)用,得出應(yīng)用研究先進(jìn)科學(xué)可行的驗(yàn)證結(jié)論。

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Study on the App lication of Engineering Design of Automatic Ground Control Neutral-section Passing on Electrified Railway Line of High Speed,Great Gradient and Heavy haul

LUO Xing1,LUOWen-ji2,ZHU Jian-kai2,PU Jian-gang2
(1.School of Engineering,the University ofWarwick,UK;2.Research Institute of Science and Technology,Xi'an Railway Bureau,Xi'an 710054,China)

This paper proposes the need to specify the terminology covering automatic ground control neutral-section passing;streamlines and specifies the principle,method,contents,discipline division and related interfaces on the bases of the study and application of the engineering design.This paper also introduces the box type structure in phase passing station,eight-span or“N+n”double-fracture insulating anchoring employed for phase passing,remote control passage interface and remote controlmonitoring, and the essentials in the designing of civil engineering.Issues relating to the budgeting for the compatibility of locomotive and successful application of ground control neutral-section passing on Xi-Ge Double Line of Qinghai-Tibet Railway and Shen～Shuo Railway are presented,and innovative,advanced and applicable technologies are concluded.

U224.9+1

A

1004-2954(2013)07-0101-05

2013-01-16;

2013-01-29

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2010J-011-F)

羅 星(1981—),男,研究員,2010年畢業(yè)于英國(guó)伯明翰大學(xué)電子電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,博士,E-mail:Xing.Luo@warwick. ac.uk。