李慶軍
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,710043,西安∥工程師)
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城際鐵路接觸網(wǎng)電分相技術(shù)研究
李慶軍
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,710043,西安∥工程師)
根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn),分析得出了城際鐵路對(duì)接觸網(wǎng)電分相設(shè)置的影響因素。在保證弓網(wǎng)受流良好和盡量減小對(duì)列車運(yùn)行速度影響的原則下,提出了適用于城際鐵路的接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)形式,以及電分相地面標(biāo)識(shí)牌、電分相地面磁感應(yīng)器等的設(shè)置要求。
城際鐵路; 接觸網(wǎng)電分相; 電分相磁感應(yīng)器; 電分相標(biāo)識(shí)牌
Author′s address China Railway First Survey & Design Institute Group Co.,Ltd.,710043,Xi′an,China
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)化建設(shè)加快,為滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城市群內(nèi)部日益增長(zhǎng)的客運(yùn)需求,在城市群間修建城際鐵路是我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展的重點(diǎn)。由于城際鐵路的獨(dú)特性,其電分相設(shè)置,原則上不能完全參照國(guó)家鐵路電分相的相關(guān)規(guī)定,因此,有必要對(duì)城際鐵路電分相技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,為城際鐵路電分相設(shè)計(jì)提供參考。
城際鐵路是指經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密地區(qū)中心城市之間大運(yùn)量、快速、銜接合理的公交化軌道交通。與國(guó)家干線鐵路相比,其長(zhǎng)度一般不超過400 km,凸顯的是網(wǎng)絡(luò)化、公交化特征,是現(xiàn)在國(guó)際上城市群內(nèi)合理、有效的交通方式。其基本特點(diǎn)為高密度、小編組、公交化及方便快捷[1]。
根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn),分析得出城際鐵路對(duì)接觸網(wǎng)電分相設(shè)置的影響因素:①設(shè)計(jì)速度在200 km/h及以下、僅運(yùn)行動(dòng)車組列車的客運(yùn)鐵路,不考慮普通電力機(jī)車上線運(yùn)營(yíng);②列車為小編組,一般采用8輛編組,受電弓按單弓運(yùn)行考慮。
基于以上分析,城際鐵路電分相設(shè)置的基本原則為:動(dòng)車組高速通過接觸網(wǎng)電分相時(shí),應(yīng)保證弓網(wǎng)關(guān)系穩(wěn)定,受電弓良好取流;電分相斷電區(qū)應(yīng)盡可能短,盡量減小動(dòng)車組通過時(shí)對(duì)運(yùn)行速度的影響。
2.1 現(xiàn)有電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)
現(xiàn)有電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相分為器件式和關(guān)節(jié)式兩種結(jié)構(gòu)。器件式電分相由3個(gè)分相絕緣器組成;關(guān)節(jié)式電分相一般由2個(gè)或3個(gè)絕緣關(guān)節(jié)組成,根據(jù)中性段的個(gè)數(shù),其結(jié)構(gòu)可分為2斷口、三斷口兩種類型。關(guān)節(jié)式電分相可由2組或3組四跨、五跨絕緣關(guān)節(jié)按重疊或不重疊組合成多種跨別的長(zhǎng)短分相形式,以滿足不同的機(jī)車或動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)要求。
2.2 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)選擇
器件式電分相目前大多數(shù)運(yùn)營(yíng)在設(shè)計(jì)速度為120 km/h以下線路,由于其自身質(zhì)量產(chǎn)生的硬點(diǎn)導(dǎo)致其容易打碰受電弓而引發(fā)弓網(wǎng)故障,因此器件式電分相不能適應(yīng)城際鐵路快速運(yùn)行的要求。關(guān)節(jié)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(wǎng)取流的質(zhì)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(fā)展的需要,因此,城際鐵路接觸網(wǎng)電分相應(yīng)采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)。
2.2.1 關(guān)節(jié)式電分相跨數(shù)選擇
目前,我國(guó)電氣化鐵路中采用的兩斷口關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)式電分相主要為八跨。八跨三斷口關(guān)節(jié)式電分相具有能適應(yīng)多弓運(yùn)行、不受弓間距限制等優(yōu)點(diǎn),但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,無電區(qū)較長(zhǎng),一般適用于客貨混運(yùn),多機(jī)重載鐵路;而對(duì)于單弓或雙弓運(yùn)行的客運(yùn)鐵路,一般采用兩斷口關(guān)節(jié)式電分相。由于城際鐵路動(dòng)車組為單弓運(yùn)行,為盡量減小動(dòng)車組過分相后的速度損失,城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)宜選用無電區(qū)較短的六跨關(guān)節(jié)式電分相(見圖1)。
圖1 六跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖
2.2.2 關(guān)節(jié)式電分相跨距長(zhǎng)度的選擇
為減小動(dòng)車組過分相后的速度損失,電分相中性區(qū)段應(yīng)盡量短,從而每個(gè)跨距應(yīng)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(zhǎng)度的決定因素。
按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,接觸線偏角一般情況下不大于6°。若側(cè)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(guān)節(jié)式電分相最小跨距為31.4 m。
按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,絕緣關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換柱非工作支的抬高量正常情況下不應(yīng)小于500 mm。若四跨絕緣關(guān)節(jié)非工作支需從中心柱到轉(zhuǎn)換柱一次抬高500 mm,最小跨距應(yīng)保證在中心柱處不產(chǎn)生上拔力,則考慮接觸線非工作支抬高量因素情況下,關(guān)節(jié)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(fù)載,kN/m。
幾類典型接觸線規(guī)格的額定張力與關(guān)節(jié)式電分相最小跨距之間的匹配關(guān)系見表1。
表1 不同規(guī)格接觸線的額定張力與關(guān)節(jié)式電分相最小跨距之間的匹配關(guān)系
綜合考慮接觸線下錨偏角和非工作支抬高量因素,關(guān)節(jié)式電分相最小跨距應(yīng)取為38.5 m,再考慮到施工誤差等因素,關(guān)節(jié)式電分相跨距長(zhǎng)度宜取為40 m。
2.3 接觸網(wǎng)電分相設(shè)置位置要求
(1) 電分相應(yīng)盡量避免設(shè)置在連續(xù)大坡道、變坡點(diǎn)及出站加速區(qū)段,以盡量減小對(duì)列車行車速度的影響。
(2) 電分相應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置在路基及橋梁區(qū)段,盡量避免設(shè)置在隧道區(qū)段,以便于檢修維護(hù)管理,保證運(yùn)輸安全。
(3) 為保證列車全車過分相又接到停車信號(hào)后能夠安全地停在電分相之外,同時(shí)為保證列車在信號(hào)機(jī)處停車啟動(dòng)以及啟動(dòng)后能夠以慣性安全、可靠地通過電分相,電分相中性區(qū)段至最近信號(hào)機(jī)的距離不應(yīng)小于350 m。
(4) 電分相的設(shè)置位置應(yīng)經(jīng)行車、信號(hào)及供電專業(yè)檢算確認(rèn)。
電分相地面標(biāo)識(shí)牌是列車自動(dòng)過分相的后備措施,一旦發(fā)生自動(dòng)控制設(shè)備故障或未投入使用時(shí),司機(jī)可根據(jù)地面標(biāo)識(shí)牌采用人工控制方式實(shí)現(xiàn)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(dòng)車組列車,因此,在列車運(yùn)行前進(jìn)方向只需設(shè)置“斷”標(biāo)和“合”標(biāo)。當(dāng)列車在“斷”標(biāo)處未完成斷開主斷路器實(shí)現(xiàn)列車取流為0時(shí),司機(jī)應(yīng)立即手動(dòng)強(qiáng)迫啟動(dòng)斷開主斷路器的分閘流程;當(dāng)列車通過“合”標(biāo)處,尚未啟動(dòng)合閘流程時(shí),司機(jī)可手動(dòng)強(qiáng)迫啟動(dòng)合閘流程。
3.2 電分相地面標(biāo)識(shí)牌的設(shè)置位置
為避免動(dòng)車組帶電通行中性區(qū)段導(dǎo)致接觸網(wǎng)損傷,“斷”標(biāo)的位置應(yīng)適當(dāng)考慮人工操作的反應(yīng)時(shí)間,應(yīng)延遲1.0 ~1.5 s的安全預(yù)量,可參照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分)和原鐵道部鐵運(yùn)[2011]49號(hào)文《關(guān)于設(shè)置高速鐵路電分相標(biāo)識(shí)暫行規(guī)定的通知》的規(guī)定設(shè)置,“斷”標(biāo)的位置宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處。
“合”標(biāo)的位置應(yīng)根據(jù)中性區(qū)段終止位置及動(dòng)車組末端受電弓距頭部駕駛室距離設(shè)置,確保動(dòng)車組通過該處后,受電弓能離開中性區(qū)段,以防止發(fā)生相間短路事故并保障設(shè)備的安全。
目前我國(guó)適用于城際鐵路運(yùn)行的設(shè)計(jì)速度為200 km/h及以下的動(dòng)車組有CRH1、CRH2、CRH5及CRH6,不同型號(hào)的動(dòng)車組末端受電弓距頭部駕駛室距離見表2。
表2 不同型號(hào)動(dòng)車組末端受電弓距列車頭部駕駛室距離
根據(jù)表2可得出,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)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(wǎng)電分相“斷”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)180 m處,如圖2所示。線路反方向按相同原則設(shè)置。
圖2 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相地面標(biāo)識(shí)牌示意圖
電分相地面磁感應(yīng)器是車載自動(dòng)過分相的地面定位信號(hào),當(dāng)列車上的車載控制設(shè)備采集到地面磁感應(yīng)器提供的“預(yù)告點(diǎn)”、“強(qiáng)迫斷點(diǎn)”、“恢復(fù)1”和“恢復(fù)2”過分相信息時(shí),能及時(shí)控制主斷路器的分閘或合閘,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制列車斷電過分相。
4.1 車載自動(dòng)過分相工作原理
列車正向運(yùn)行時(shí),當(dāng)列車前端通過“預(yù)告點(diǎn)”處時(shí),車載控制設(shè)備開始向列車發(fā)送預(yù)告模式斷電過分相指令(啟動(dòng)主斷路器分閘流程);在“強(qiáng)迫斷點(diǎn)”處如果還未完成主斷器分閘則立即進(jìn)入強(qiáng)迫斷模式(強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)主斷路分閘);當(dāng)列車前端通過“恢復(fù)1”或“恢復(fù)2”處時(shí),車載控制設(shè)備向列車發(fā)送“合主斷”即撤銷過分相操作的指令(實(shí)現(xiàn)主斷路器合閘)。列車反向運(yùn)行時(shí)采用對(duì)應(yīng)的反向過分相信息指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過分相。
4.2 地面磁感應(yīng)器的設(shè)置位置
對(duì)于設(shè)計(jì)速度250 km/h以下的中高速鐵路,TB/T 3197—2008《車載控制自動(dòng)過分相系統(tǒng)技術(shù)條件》對(duì)地面磁感應(yīng)器的設(shè)置給予明確,規(guī)定了“a=35 m,b=170 m”。城際鐵路若執(zhí)行TB/T 3197—2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,則動(dòng)車組在電分相“斷”標(biāo)后斷電,存在帶電通行中性區(qū)段導(dǎo)致接觸網(wǎng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
為適應(yīng)城際鐵路動(dòng)車組在電分相“斷”標(biāo)前實(shí)現(xiàn)斷電的要求,a值宜不小于80 m(“斷”標(biāo)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(shí)為適應(yīng)城際鐵路動(dòng)車組在電分相“合”標(biāo)后實(shí)現(xiàn)合電的要求,應(yīng)將“恢復(fù)2”作為“合主斷”指令信號(hào)。
(1) 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相結(jié)構(gòu)宜選用六跨錨段關(guān)節(jié)式電分相,跨距長(zhǎng)度宜取40 m。
(2) 城際鐵路電分相地面標(biāo)識(shí)牌“斷”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段起始點(diǎn)80 m處,“合”標(biāo)宜設(shè)置在距中性區(qū)段終止點(diǎn)180 m處。
圖3 城際鐵路接觸網(wǎng)電分相地面磁感應(yīng)器示意圖
(3) 城際鐵路電分相地面磁感應(yīng)器宜設(shè)置在a值為85 m,b值為170 m處,并且應(yīng)將“恢復(fù)2”作為“合主斷”指令信號(hào)。
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Research on Electric Section Insulator Technology for Inter-city RailwayLI Qingjun
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U 225.4
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2015-07-27)