劉泊濤， 崔艷龍

（1. 京福鐵路客運(yùn)專線安徽有限責(zé)任公司，安徽合肥 230001；2. 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

0 引言

電氣化鐵路電力機(jī)車采用單相供電，為平衡電力系統(tǒng)各相負(fù)荷，一般實(shí)行相序輪換供電，在接觸網(wǎng)中設(shè)電分相將不同相電進(jìn)行電氣隔離以避免相間短路［1-3］。新建商合杭高鐵（蘆廟—合肥北城段）、鄭阜高鐵（安徽段）聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，試驗(yàn)車搭載磁鋼自動(dòng)過(guò)分相測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車組在連續(xù)通過(guò)商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線電分相和商合杭高鐵阜陽(yáng)西牽引所處電分相時(shí)，存在無(wú)法連續(xù)自動(dòng)過(guò)分相問(wèn)題。經(jīng)設(shè)計(jì)院、設(shè)備管理單位和四電施工單位共同對(duì)現(xiàn)場(chǎng)磁鋼安裝位置和磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)測(cè)核實(shí)，結(jié)果均滿足有關(guān)規(guī)定要求。后聯(lián)系磁鋼設(shè)備廠商和車輛生產(chǎn)廠家共同分析，原因?yàn)檐囕d自動(dòng)過(guò)分相裝置“冷啟動(dòng)”時(shí)限過(guò)長(zhǎng)，2處分相關(guān)節(jié)設(shè)置距離過(guò)近（均在3 km左右），在動(dòng)車組時(shí)速超過(guò)140 km 時(shí)，行車方向第2 處分相關(guān)節(jié)磁鋼存在不能及時(shí)啟動(dòng)的情況。就樞紐地區(qū)絕緣錨段關(guān)節(jié)改分相關(guān)節(jié)引起的動(dòng)車組自動(dòng)過(guò)分相試驗(yàn)失敗原因進(jìn)行論述，提出解決問(wèn)題的建議，以供后期同類情況下電分段設(shè)計(jì)參考。

1 原施工設(shè)計(jì)概述

新建阜陽(yáng)西站為商合杭高鐵和鄭阜高鐵共站設(shè)置，2個(gè)車場(chǎng)共用阜陽(yáng)西存車場(chǎng)，并分別與存車場(chǎng)間設(shè)置動(dòng)車走行線，動(dòng)A 線由商合杭場(chǎng)咽喉區(qū)引出，有效長(zhǎng)度為409 m，在動(dòng)A 線上設(shè)置踏面診斷設(shè)施。動(dòng)B 線由鄭阜場(chǎng)咽喉區(qū)引出，并預(yù)留阜淮城際線位，有效長(zhǎng)度為336 m，在動(dòng)B線上預(yù)留踏面診斷設(shè)施。動(dòng)A、B線均不具備設(shè)置關(guān)節(jié)式電分相的條件，而設(shè)置器件式電分相又不能滿足斷合標(biāo)及磁枕的設(shè)置條件［4-5］，受空間布局限制。商合杭高鐵在動(dòng)A 線設(shè)置分段絕緣器進(jìn)行電分段，鄭阜高鐵在動(dòng)B 線設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行電分段。鄭阜高鐵與商合杭鐵路間設(shè)置聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線上下行分別設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行電分段，均由阜陽(yáng)西牽引所供電（見(jiàn)圖1）。

圖1 絕緣錨段關(guān)節(jié)示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)方案研究（信號(hào)機(jī)布點(diǎn)不變）

2.1 規(guī)范要求

（1）《鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）》第491條規(guī)定，斷電標(biāo)距電分相中性區(qū)段起始位置不小于80 m，合電標(biāo)距電分相中性區(qū)段終止位置不小于400 m。

（2） TB 10421—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中11.5.5條規(guī)定，列車過(guò)分相斷電區(qū)距最近信號(hào)機(jī)不宜小于550 m。

（3）TB/T 3197—2018《車載控制自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)技術(shù)條件》中6.2.1.4規(guī)定，磁枕設(shè)置宜采用a=a0+5 m，b=170 m。

2.2 增設(shè)分相關(guān)節(jié)行車檢算結(jié)論

（1）經(jīng)設(shè)計(jì)院供電和行車專業(yè)檢算，商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線分相關(guān)節(jié)位置見(jiàn)表1，下行聯(lián)絡(luò)線列車在1859 信號(hào)機(jī)前停車后啟動(dòng)，可通過(guò)電分相。上行聯(lián)絡(luò)線列車在1864 信號(hào)機(jī)前停車后啟動(dòng)，可通過(guò)電分相，均具備設(shè)置分相關(guān)節(jié)條件。

（2）在原信號(hào)機(jī)布點(diǎn)不變前提下，下行聯(lián)絡(luò)線電分相位于下行通過(guò)信號(hào)機(jī)1859 與阜陽(yáng)西線路所進(jìn)站信號(hào)機(jī)（K187+065）之間，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度1 220 m，距離為275 m，電分相設(shè)置不滿足“列車過(guò)分相斷電區(qū)距最近信號(hào)機(jī)不宜小于550 m”的要求［6］。上行聯(lián)絡(luò)線電分相位于上行通過(guò)信號(hào)機(jī)1864與阜陽(yáng)西進(jìn)站信號(hào)機(jī)（K185+260）之間，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度1 125 m，距離為184 m，電分相設(shè)置不滿足“列車過(guò)分相斷電區(qū)距最近信號(hào)機(jī)不宜小于550 m”的要求。經(jīng)上海鐵路局集團(tuán)有限公司業(yè)務(wù)部門組織各行車單位進(jìn)行研究，一致同意在信號(hào)機(jī)布點(diǎn)不變的條件下進(jìn)行分相關(guān)節(jié)改造，以消除商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線絕緣錨段關(guān)節(jié)可能存在的拉弧燒線隱患。依據(jù)原施工圖設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分相關(guān)節(jié)設(shè)置盡可能利用既有錨段位置，以減少改造工程量。由于商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線接觸網(wǎng)工程支柱組立已實(shí)施，增設(shè)電分相需拆除已組立支柱、調(diào)整接觸網(wǎng)基礎(chǔ)位置并重新組立支柱、調(diào)整腕臂裝配、增設(shè)下錨、增設(shè)隔離開關(guān)及避雷器等，同時(shí)根據(jù)電分相位置，調(diào)整阜陽(yáng)西牽引所供電線徑路及上網(wǎng)位置（見(jiàn)圖2）。

表1 分相關(guān)節(jié)位置

圖2 6跨分相關(guān)節(jié)示意圖

3 動(dòng)車組過(guò)分相方式

根據(jù)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于印發(fā)<時(shí)速350 公里中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組暫行技術(shù)條件>的通知》（鐵總科技〔2014〕50 號(hào)）中規(guī)定，車載自動(dòng)過(guò)分相裝置需滿足《時(shí)速200 公里及以上速度級(jí)動(dòng)車組自動(dòng)過(guò)分相裝置技術(shù)規(guī)范》，過(guò)分相方式有以下3 種：（1）手動(dòng)過(guò)分相；（2） 基于地面磁鋼的車載自動(dòng)過(guò)分相（GFX-3A）；（3）基于CTCS-2/CTCS-3模式的車載自動(dòng)過(guò)分相。

正常運(yùn)行情況下列車經(jīng)過(guò)分相區(qū)所處切換牽引供電臂及饋電相位通過(guò)無(wú)電區(qū)，本工程通過(guò)車載、地面信號(hào)設(shè)備配合自動(dòng)過(guò)分相（無(wú)電區(qū)）。列控系統(tǒng)發(fā)送的分相區(qū)信息［7-8］應(yīng)為分相區(qū)斷電標(biāo)志牌起點(diǎn)位置及長(zhǎng)度信息。分相區(qū)信息見(jiàn)圖3。

圖3 分相區(qū)信息

（1）基于CTCS-3 模式的車載自動(dòng)過(guò)分相方式，通過(guò)GSM-R 由RBC 發(fā)送自動(dòng)過(guò)分相信息。若車載設(shè)備行車許可延伸入分相區(qū)，則RBC 應(yīng)將分相區(qū)信息以線路條件的方式發(fā)送至車載設(shè)備。

（2）基于CTCS-2 模式的車載自動(dòng)過(guò)分相方式，通過(guò)無(wú)源應(yīng)答器發(fā)送列車自動(dòng)過(guò)分相信息［9］。

①正向運(yùn)行時(shí)，宜有3 組應(yīng)答器組發(fā)送分相區(qū)信息，第1 組宜為分相區(qū)外方第7 個(gè)閉塞分區(qū)入口處的應(yīng)答器組；第2 組宜為第3 組外方最近的應(yīng)答器組；第3 組宜為距分相區(qū)最高允許速度運(yùn)行10 s 外方最近的應(yīng)答器組［10］。發(fā)送分相區(qū)應(yīng)答器位置示意見(jiàn)圖4。第3組與分相區(qū)若發(fā)送正向線路數(shù)據(jù)的應(yīng)答器組，也應(yīng)該描述過(guò)分相信息。

②當(dāng)反向線路參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)有分相區(qū)時(shí)，發(fā)送反向線路參數(shù)的應(yīng)答器組應(yīng)發(fā)送反向過(guò)分相信息。

③當(dāng)車站有源應(yīng)答器組線路參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)有分相區(qū)時(shí)，有源應(yīng)答器應(yīng)發(fā)送不同進(jìn)路數(shù)據(jù)范圍內(nèi)距車站最近的分相區(qū)。

綜上分析，動(dòng)車組在CTCS-2/CTCS-3列控模式下自動(dòng)過(guò)分相與磁鋼的設(shè)置無(wú)關(guān)。裝備CTCS-3 車載設(shè)備列車，正常按照CTCS-3列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為CTCS-2 列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相模式；裝備CTCS-2車載設(shè)備列車，正常按照CTCS-2列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為磁鋼過(guò)分相模式。

圖4 應(yīng)答器位置

4 車載自動(dòng)過(guò)分相問(wèn)題分析

4.1 地面磁鋼自動(dòng)過(guò)分相基本原理

采用地面磁鋼自動(dòng)過(guò)分相時(shí)，當(dāng)動(dòng)車組沿圖5所示方向從左向右運(yùn)行時(shí)，車載感應(yīng)器首先感應(yīng)到G1 并送出一個(gè)預(yù)告斷信號(hào)給動(dòng)車控制系統(tǒng)，動(dòng)車隨即卸載并分主斷。當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行到G2 點(diǎn)時(shí)，車載感應(yīng)器感應(yīng)到G2 并送出一個(gè)強(qiáng)迫斷信號(hào)給動(dòng)車控制系統(tǒng)，此時(shí)要求動(dòng)車組立即分?jǐn)嘀鲾?。?dāng)動(dòng)車組運(yùn)行到G3 點(diǎn)時(shí)，車載感應(yīng)器感應(yīng)到G3 并送出恢復(fù)信號(hào)給動(dòng)車控制系統(tǒng)，此時(shí)動(dòng)車組要合上主斷并恢復(fù)到過(guò)G1點(diǎn)前的工況。

圖5 地面磁鋼自動(dòng)過(guò)分相示意圖

4.2 自動(dòng)過(guò)分相失敗分析

在連續(xù)過(guò)分相時(shí)，車載自動(dòng)過(guò)分相裝置設(shè)置要求列車通過(guò)第1個(gè)電分相第3個(gè)磁鋼（G3）至列車通過(guò)下一個(gè)電分相第1 個(gè)磁鋼（G1）位置時(shí)，車載自動(dòng)過(guò)分相裝置需要約50 s 的“冷卻時(shí)間”，冷卻時(shí)間內(nèi)不能對(duì)磁鋼自動(dòng)識(shí)別。因此，當(dāng)連續(xù)過(guò)分相時(shí)，如果2個(gè)分相間距離較近無(wú)法滿足“冷卻時(shí)間”，會(huì)出現(xiàn)列車無(wú)法自動(dòng)過(guò)第2個(gè)電分相的問(wèn)題。

根據(jù)列控系統(tǒng)及磁鋼自動(dòng)過(guò)分相的檢測(cè)條件，裝備CTCS-3 車載設(shè)備列車，正常按照CTCS-3 列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為CTCS-2 列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相模式；裝備CTCS-2 車載設(shè)備列車，正常按照CTCS-2 列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為磁鋼過(guò)分相模式。比較CRH1、CRH2、CRH5型動(dòng)車組牽引制動(dòng)性能，CRH1要好于CRH5和CRH2。

5 建議解決方案研究

5.1 動(dòng)車組不限速方案

（1）取消新增電分相方案。該工程接觸網(wǎng)電分相采用2個(gè)4跨關(guān)節(jié)構(gòu)成的6跨關(guān)節(jié)式電分相［11-12］，如取消電分相，需將組成電分相的2 個(gè)絕緣錨段關(guān)節(jié)中的1個(gè)改為非絕緣錨段關(guān)節(jié)，同時(shí)需取消與電分相匹配設(shè)置的斷、合標(biāo)志牌及地面磁鋼，增設(shè)禁停標(biāo)，修改列控?cái)?shù)據(jù)，排除了連續(xù)過(guò)分相的情景。

（2）調(diào)整電分相位置方案。商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線電分相與商合杭高鐵阜陽(yáng)西牽引所電分相位置間距需拉大250 m，此時(shí)磁枕3—磁枕1 運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為52.74 s（下行方向）（拉大300 m，磁枕3—磁枕1 運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為53.90 s）。如將商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線上電分相往小里程端移動(dòng)250 m，分相距離1859信號(hào)機(jī)不滿足550 m要求，且列車在1859信號(hào)機(jī)前起車無(wú)法通過(guò)電分相；如將商合杭高鐵阜陽(yáng)西牽引所電分相往大里程端移動(dòng)，可以滿足要求；如果調(diào)整電分相設(shè)置位置，需對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，由于2 處電分相均設(shè)置在橋梁上，會(huì)引起橋梁及接觸網(wǎng)施工工程，在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間施工難度大，同時(shí)調(diào)整電分相位置還將引起列控?cái)?shù)據(jù)修改。

（3）調(diào)整車載磁感應(yīng)器設(shè)置方案。車載磁感應(yīng)器在過(guò)分相時(shí)設(shè)置約50 s“冷卻時(shí)間”，如能減小“冷卻時(shí)間”設(shè)置，即能解決無(wú)法連續(xù)自動(dòng)過(guò)分相問(wèn)題。由于涉及路網(wǎng)配屬統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如果修改動(dòng)車組車載GFX-3A設(shè)備延時(shí)，需核實(shí)動(dòng)車組開行的所有線路過(guò)分相是否滿足需求，需由中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司組織動(dòng)車組生產(chǎn)廠商統(tǒng)一研究。

（4）維持既有方案，對(duì)C0工況做補(bǔ)充要求。由于僅在列車處于C0工況下，才會(huì)發(fā)生無(wú)法自動(dòng)過(guò)分相的情況，因此，可考慮在《行車組織細(xì)則》內(nèi)進(jìn)行特殊規(guī)定，C0工況下采取局部限速的方式（調(diào)度命令）。如可在《行車組織細(xì)則》關(guān)于“限速”章節(jié)內(nèi)添加：鄭阜高鐵阜陽(yáng)西站鄭阜場(chǎng)向合肥方向通過(guò)列車、以及阜陽(yáng)西線路所至阜陽(yáng)西站反向運(yùn)行時(shí)，250 km/h等級(jí)列車遇信號(hào)設(shè)備故障不能正常采用CTCS-2，列車調(diào)度員組織動(dòng)車組按CTCS-0（LKJ）模式運(yùn)行，并發(fā)布不超過(guò)140 km/h越過(guò)連續(xù)2處接觸網(wǎng)分相的調(diào)度命令。

5.2 動(dòng)車組限速方案

商合杭—鄭阜高鐵聯(lián)絡(luò)線及商合杭高鐵阜陽(yáng)西牽引所電分相采用磁鋼自動(dòng)過(guò)分相，按照160 km/h 運(yùn)行速度，列車無(wú)法正常通過(guò)兩分相。由于限速區(qū)段主要位于鄭阜—商合杭高鐵聯(lián)絡(luò)線，采用140 km/h 速度運(yùn)行，對(duì)商合杭高鐵正線運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)分影響較小。對(duì)比分析140 km/h 和160 km/h 速度方案，阜陽(yáng)西—潁上北下行運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)僅相差23 s，下行逆向僅相差16 s。

（1）動(dòng)車組永久性限速方案。修改列控?cái)?shù)據(jù)，在LKJ 工程數(shù)據(jù)/列控?cái)?shù)據(jù)表中對(duì)限速范圍、限速值進(jìn)行描述，對(duì)應(yīng)無(wú)源應(yīng)答器需要刷新速度數(shù)據(jù)包，同時(shí)列控系統(tǒng)同步更改軟件并進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試，限速140 km/h。阜陽(yáng)西—潁上北下行運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加23 s（較不限速方案），下行逆向運(yùn)行僅相差16 s。但修改列控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試影響較大。

（2）動(dòng)車組臨時(shí)限速方案。無(wú)須修改列控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試不產(chǎn)生影響。運(yùn)營(yíng)伊始采用臨時(shí)限速，若未來(lái)采用磁鋼自動(dòng)過(guò)分相的車載設(shè)備技術(shù)升級(jí)后，本段可取消臨時(shí)限速，恢復(fù)原設(shè)計(jì)速度。設(shè)置臨時(shí)限速方案，列控限速功能需由ATP 車載設(shè)備和地面設(shè)備共同完成，限速命令由中心調(diào)度員設(shè)置。鑒于目前商合杭高鐵（蘆廟—合肥北城段）、鄭阜高鐵（安徽段）正值聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，按2020 年底開通運(yùn)營(yíng)的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)壓力較大。研究結(jié)論首選方案為維持既有方案，在《行車組織細(xì)則》中對(duì)C0工況下做補(bǔ)充要求，避免產(chǎn)生新的廢棄工程和對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間設(shè)備運(yùn)行安全造成影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

新建鐵路或改擴(kuò)建工程在涉及到不同線別間設(shè)置聯(lián)絡(luò)線的處所，如需設(shè)置分相關(guān)節(jié)或?qū)Ψ窒嚓P(guān)節(jié)進(jìn)行改造，一定要統(tǒng)籌考慮到改造后分相關(guān)節(jié)和鄰近分相關(guān)節(jié)的距離，必須滿足車載磁感應(yīng)器在過(guò)分相時(shí)約50 s的“冷卻時(shí)間”，避免在試驗(yàn)階段出現(xiàn)動(dòng)車組搭載磁鋼自動(dòng)過(guò)分相試驗(yàn)失敗以及后期開通運(yùn)營(yíng)后采取限速等非正常行車組織方式，給鐵路運(yùn)輸組織帶來(lái)不便。