李乾　陳善樂　秦建偉

摘 要：針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)已運(yùn)營成熟的AC25 kV、DC1 500 V和DC750 V三種供電制式的柔性接觸網(wǎng)授流系統(tǒng)，本文介紹了區(qū)間式和車站式兩種制式分離的方式，以及共用受電弓和專用受電弓兩種機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)配置及切換方式，并對(duì)其方式的選擇進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)之上，以某工程為例，對(duì)雙制式牽引機(jī)車制式轉(zhuǎn)換區(qū)柔性接觸網(wǎng)方案進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：雙制式牽引;制式轉(zhuǎn)換;接觸網(wǎng);中性段

中圖分類號(hào)：U225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

我國牽引供電制式的現(xiàn)狀為鐵路采用的交流25 kV與城市軌道交通采用的直流1 500/750 V制式并存。在經(jīng)歷了區(qū)域長大干線鐵路和城市軌道交通的迅猛發(fā)展后，填補(bǔ)二者之間空白的市域市郊線路的建設(shè)得到國家的大力推動(dòng)。借鑒歐洲鐵路互通連接的方式，銜接交、直流制式的雙制式牽引車輛有潛在的大量需求，制式轉(zhuǎn)換區(qū)接觸網(wǎng)的設(shè)置方案需要重新探討。

2 制式分離方案

制式轉(zhuǎn)換區(qū)為車輛進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作的區(qū)域，制式分離是設(shè)置制式轉(zhuǎn)換區(qū)的前提。不同制式系統(tǒng)分離方案有區(qū)間制式分離和車站制式分離兩種方式，都能夠在安全地將相鄰的不同牽引供電制式的接觸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電氣分離的同時(shí)，保證兩個(gè)制式下牽引供電的順利進(jìn)行。

2.1 區(qū)間制式分離

國際上，在日本、西班牙和法國等地均有區(qū)間制式分離方式的應(yīng)用，不同供電制式的接觸網(wǎng)之間采用分段絕緣器進(jìn)行絕緣。

2.2 車站制式分離

車站制式分離方式指不同供電制式在車站處銜接過渡。有些轉(zhuǎn)換車站的某些股道的接觸網(wǎng)可以由兩個(gè)供電制式供電，可根據(jù)機(jī)車轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的需要切換網(wǎng)壓制式，而有些設(shè)有

橫向、縱向都分離接觸網(wǎng)的轉(zhuǎn)換車站不需要切換具體股道的電源。

裝備有可切換接觸網(wǎng)裝置的股道上架設(shè)分段絕緣器將接觸網(wǎng)分成獨(dú)立的供電分段，每個(gè)供電分段僅受其專用的隔離開關(guān)操控。接觸網(wǎng)的絕緣等級(jí)應(yīng)與較高標(biāo)稱電壓的制式匹配，載流能力應(yīng)與較低標(biāo)稱電壓的制式匹配。當(dāng)行車路線被選定之后供電制式隨之轉(zhuǎn)換。

2.3 制式分離方式的選擇

兩種制式分離方式的特性見表1。

通過分析上表可知，兩種方式均有國外經(jīng)驗(yàn)可借鑒，車站制式分離方式雖然實(shí)施條件苛刻且投資成本高，但實(shí)現(xiàn)的功能多樣，可滿足多種運(yùn)行工況的需求。因此，制式分離方式的選擇應(yīng)根據(jù)具體工程需求來確定。

3 機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)配置及切換方式

3.1 雙制式牽引變流器配置專用受電弓

交流和直流兩種牽引運(yùn)行工況時(shí)公用逆變環(huán)節(jié)和牽引電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)方式的電路原理圖如圖1。

考慮不停車通過區(qū)間制式分離區(qū)及在制式轉(zhuǎn)換車站停車轉(zhuǎn)換兩種方式，傳動(dòng)系統(tǒng)切換過程如圖2，機(jī)車工作在A制式時(shí)，首先觸發(fā)控制器控制A制式牽引變流器封鎖脈沖，并斷開主斷路器。隨后觸發(fā)控制器控制A制式受電弓降下，同時(shí)B制式受電弓升起。最后觸發(fā)控制器控制B制式傳動(dòng)主電路斷路器閉合，并產(chǎn)生牽引變流器觸發(fā)脈沖投入牽引工作，完成牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的切換。

3.2 雙制式牽引變流器配置共用受電弓

這種方式共用了取流受電弓，電路原理如圖3。

考慮不停車通過區(qū)間制式分離區(qū)及在制式轉(zhuǎn)換車站停車轉(zhuǎn)換兩種方式，傳動(dòng)系統(tǒng)切換過程如圖4，首先觸發(fā)控制器控制A制式牽引變流器封鎖脈沖，并斷開主斷路器。傳動(dòng)系統(tǒng)斷路器斷開后，切換當(dāng)前受電弓工作模式以適應(yīng)B制式工作狀態(tài)。最后觸發(fā)控制器控制B制傳動(dòng)系統(tǒng)主電路斷路器閉合，牽引變流器產(chǎn)生脈沖投入牽引運(yùn)行，完成不同制式的傳動(dòng)系統(tǒng)切換。

3.3 機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)配置的選擇

上述兩種雙制式牽引列車的傳動(dòng)系統(tǒng)配置方案的差異點(diǎn)集中在受電弓的使用上，兩種方案各有優(yōu)劣。

與交流供電制式線路相比，直流供電制式線路需要增加其受電弓的質(zhì)量和接觸壓力用以抑制弓網(wǎng)燃弧的發(fā)生。若交流側(cè)線路運(yùn)行速度有一定要求，弓頭加重的手電弓跟隨性下降，將嚴(yán)重影響受流質(zhì)量。因此專用受電弓方式保留了兩種制式的受電弓，對(duì)于交、直流區(qū)間制式分離方式十分適用。

共用受電弓的方式減少了車輛過制式分離區(qū)的流程步驟，控制電路的設(shè)計(jì)更為簡單，且減小了列車自重和在傳動(dòng)設(shè)備上的投資。但由于DC1 500 V牽引供電制式的特性，將導(dǎo)致雙制式受電弓的歸算質(zhì)量增加，這將降低弓網(wǎng)受流的穩(wěn)定性。

機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)配置選擇應(yīng)充分考慮線路的運(yùn)輸性質(zhì)和設(shè)備的客觀條件等工程制約因素。

4 制式轉(zhuǎn)換區(qū)接觸網(wǎng)方案

本小節(jié)以某試車線工程為例，對(duì)區(qū)間制式分離的轉(zhuǎn)換區(qū)接觸網(wǎng)方案的設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)研究。

4.1 中性段接觸網(wǎng)的設(shè)置

中性段的設(shè)置是為了保證機(jī)車通過時(shí)受電弓不會(huì)將兩側(cè)接觸網(wǎng)短接，進(jìn)而在真正意義上實(shí)現(xiàn)制式分離。從絕緣方式的角度出發(fā)，中性段可分為“關(guān)節(jié)式”和“器件式”兩種。關(guān)節(jié)式一般由連續(xù)的絕緣錨段關(guān)節(jié)構(gòu)成，需要7至8跨，長度約300 m。器件式中性段的結(jié)構(gòu)簡單，但由于硬點(diǎn)突出，常用于非正線的運(yùn)行速度較低區(qū)段。考慮試車線長度有限且運(yùn)行速度低，采用器件式中性段方案，如圖5，中性段由兩組絕緣器件隔離出來，兩側(cè)分別為交流和直流制式接觸網(wǎng)。

4.2 車輛過制式轉(zhuǎn)換區(qū)

試車線快軌車輛近期采用5M1T的6輛編組，車長組合21 m+4x20 m+21 m。直流和交流段均采用雙弓運(yùn)行，受電弓分別位于2號(hào)車廂和5號(hào)車廂，最遠(yuǎn)弓間距離為75 m。中性段無電區(qū)長度應(yīng)大于雙弓間距，避免出現(xiàn)雙弓將中性段兩側(cè)短接。參考之前介紹的配置共用受電弓的機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)切換方式，車輛過制式轉(zhuǎn)換區(qū)方案如圖6。

車輛經(jīng)過地面磁鐵1處，斷開A制式電路高速斷路器執(zhí)行惰行指令;經(jīng)過磁鐵2處開始執(zhí)行轉(zhuǎn)換命令，完成一系列機(jī)車內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)切換動(dòng)作，隨后系統(tǒng)確認(rèn)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，若狀態(tài)沒有完成則提示司機(jī)進(jìn)行手動(dòng)切換操作;經(jīng)過磁鐵3處時(shí)再次判斷轉(zhuǎn)換狀態(tài)是否完成，若沒有完成將進(jìn)行強(qiáng)制降弓;經(jīng)過磁鐵4處觸發(fā)車載控制信號(hào)，提示司機(jī)安全通過無電區(qū)，真空斷路器閉合，B制式牽引系統(tǒng)開始啟動(dòng)。

5 結(jié)論

文章提出了一雙制式甚至多制式牽引車輛通過柔性接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)換制式的研究思路，先根據(jù)工程項(xiàng)目的功能定位和運(yùn)營需求進(jìn)行制式分離和機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)配置的選擇，再進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換區(qū)接觸網(wǎng)方案研究。區(qū)間制式分離的方式容易實(shí)施，是制式分離的首選方案，也是車站分離方式的技術(shù)基礎(chǔ)。車站分離的方式具備多制式和多工況運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，在未來將會(huì)是更智慧的方案。多制式牽引變流器是制式轉(zhuǎn)換區(qū)設(shè)置的設(shè)備基礎(chǔ)，而多制式共用受電弓并不是。對(duì)于中性段接觸網(wǎng)的設(shè)置，器件式適用于低速通過的區(qū)間分離和車站分離方式;若交流制式的運(yùn)行速度標(biāo)準(zhǔn)較高，則關(guān)節(jié)式方案更優(yōu)，且專用受電弓有條件配合相應(yīng)的接觸網(wǎng)張力。

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