李洪生

0 引言

在車(chē)站接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，為了保證供電的靈活性和搶修檢修的便利性，通常按照站臺(tái)或分場(chǎng)分束設(shè)置電分段和隔離開(kāi)關(guān)，通過(guò)隔開(kāi)的斷合對(duì)不同供電場(chǎng)束進(jìn)行單獨(dú)或組合控制。而在匈牙利鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到上述目的，采用了開(kāi)關(guān)場(chǎng)的形式，即在車(chē)站范圍內(nèi)劃定一個(gè)封閉的場(chǎng)地集中設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)，從而形成一組封閉的設(shè)備，類(lèi)似一個(gè)簡(jiǎn)化的開(kāi)閉所。國(guó)內(nèi)外接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念均為通過(guò)優(yōu)化組合質(zhì)量、壽命和成本，使得接觸網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)服役狀態(tài)，但國(guó)內(nèi)外接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不完全相同。本文將對(duì)匈牙利鐵路接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹和分析，從而加深對(duì)歐洲鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和思考，有利于“一帶一路”鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系與當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的融合。

1 開(kāi)關(guān)場(chǎng)的設(shè)計(jì)原理

1.1 開(kāi)關(guān)場(chǎng)的位置

開(kāi)關(guān)場(chǎng)是一個(gè)獨(dú)立的封閉場(chǎng)地，所有開(kāi)關(guān)場(chǎng)均設(shè)置在車(chē)站范圍，最佳位置是車(chē)站大樓或運(yùn)營(yíng)辦公樓一側(cè)，且始終處于車(chē)站監(jiān)控范圍內(nèi)[1]。開(kāi)關(guān)場(chǎng)必須位于車(chē)輛容易進(jìn)出的地方，如果條件允許，可修建一條作業(yè)道路，以方便運(yùn)維人員進(jìn)出。

1.2 主要設(shè)備

現(xiàn)以匈塞鐵路匈牙利段（Budapest-Kelebia）為例進(jìn)行比較和分析。開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)的設(shè)備主要包括母線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)及其支撐結(jié)構(gòu)、開(kāi)關(guān)控制柜。如果匈牙利鐵路設(shè)計(jì)需要明確標(biāo)明各種型號(hào)的設(shè)備產(chǎn)品，則必須以滿(mǎn)足EC規(guī)定和本地許可指令為前提[2]。

（1）母線(xiàn)。開(kāi)關(guān)場(chǎng)的母線(xiàn)為矩形橫截面的實(shí)心導(dǎo)電材料[3]，母線(xiàn)在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)呈“Z”形、“H”形或“U”形布置，隔離開(kāi)關(guān)在母線(xiàn)的兩側(cè)或兩端規(guī)律排列，按照規(guī)定，母線(xiàn)的銅橫截面應(yīng)不小于200 mm2[1]。母線(xiàn)的橫截面必須與工作電流相匹配，通常需根據(jù)供電仿真確定負(fù)載能力和工作電流，從而確定不同橫截面的母線(xiàn)和饋出線(xiàn)。

（2）隔離開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)分為進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、饋出線(xiàn)開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、上下行并聯(lián)母線(xiàn)開(kāi)關(guān)、桿式變壓器開(kāi)關(guān)，所有隔離開(kāi)關(guān)均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制，并集成到FET/HETA（接觸網(wǎng)能量控制/開(kāi)關(guān)控制柜）系統(tǒng)中。隔離開(kāi)關(guān)的名稱(chēng)需對(duì)應(yīng)Budapest側(cè)（Bp）、Kelebia側(cè)（K）、左線(xiàn)（下標(biāo)b）、右線(xiàn)（下標(biāo)j），并遵守匈牙利鐵路公司《接觸網(wǎng)電氣操作工作規(guī)范》的規(guī)定[4]。

（3）開(kāi)關(guān)控制柜（HETA Cabinet）。為了滿(mǎn)足FET系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)控制的要求，在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置開(kāi)關(guān)控制柜，同時(shí)設(shè)置電纜溝，為每個(gè)隔開(kāi)提供控制電纜和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源電纜路徑。

（4）其他設(shè)施。為了便于運(yùn)營(yíng)操作和檢修搶修，在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置一個(gè)可鎖定的接地桿存放架（Ground rod storage rack）和一個(gè)機(jī)車(chē)信號(hào)標(biāo)志牌存放架（Signal marker rack）[5]。

1.3 開(kāi)關(guān)場(chǎng)防護(hù)與接地

開(kāi)關(guān)場(chǎng)通常處于車(chē)站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，場(chǎng)內(nèi)地坪鋪設(shè)混凝土或?yàn)r青覆蓋層。為確保排水通暢，需要考慮開(kāi)關(guān)場(chǎng)場(chǎng)坪坡度和電纜溝排水。

開(kāi)關(guān)場(chǎng)為一個(gè)封閉場(chǎng)所，其周?chē)捎媒饘賴(lài)鷻冢叨葹?.8～2.0 m，所使用圍欄系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)必須考慮接地保護(hù)[1]。在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)距離隔離開(kāi)關(guān)支撐結(jié)構(gòu)1.0～1.5 m的位置，設(shè)置由?20 mm圓鋼制作成的接地框架，接地框架設(shè)于地下0.7～1.0 m的深度，隔開(kāi)的支撐結(jié)構(gòu)、金屬?lài)鷻?、開(kāi)關(guān)柜、其他金屬設(shè)備外殼均需設(shè)置接地保護(hù)[5]。

2 電路圖和開(kāi)關(guān)場(chǎng)型式比選方案

開(kāi)關(guān)場(chǎng)母線(xiàn)和隔離開(kāi)關(guān)排列可以采用“Z”、“H”和“U”形布局[5]。以匈塞鐵路匈牙利Budapest-Kelebia段為例，虛擬4股道車(chē)站，隔離開(kāi)關(guān)主要包括進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)（Bpb、Bpj、Kb、Kj）、饋出線(xiàn)開(kāi)關(guān)（áb、áj、áb1、áj1）、接地開(kāi)關(guān)（Gf?）、上下行并聯(lián)母線(xiàn)開(kāi)關(guān)（?b、?j）、桿式變壓器開(kāi)關(guān)（STR2）。對(duì)應(yīng)兩種電路圖，分別布置Z型和H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)，U型開(kāi)關(guān)場(chǎng)和H型基本類(lèi)似，不再贅述。

2.1 Z型電路和開(kāi)關(guān)場(chǎng)

如圖1所示，Z型電路意味著開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)母線(xiàn)呈“Z”形，開(kāi)關(guān)場(chǎng)對(duì)側(cè)的旁路線(xiàn)（bypass wire）、饋出線(xiàn)需要利用跨線(xiàn)支柱跨越軌道上方的接觸網(wǎng)，開(kāi)關(guān)場(chǎng)一側(cè)的跨線(xiàn)支柱優(yōu)先設(shè)置在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)。

圖1 Z型電路

Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)布置如圖2所示。Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)中母線(xiàn)呈“Z”形，考慮視覺(jué)效果，圖2采用了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。按照?qǐng)D1的位置關(guān)系，開(kāi)關(guān)場(chǎng)位于車(chē)站左側(cè)，長(zhǎng)邊垂直于軌道。在遠(yuǎn)離軌道的一側(cè)，設(shè)置一處至少寬1 m的金屬門(mén)，門(mén)與場(chǎng)內(nèi)通道之間連接順暢。

圖2 Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)（單位：mm）

2.2 H型電路和開(kāi)關(guān)場(chǎng)

如同3所示，H型電路意味著開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)母線(xiàn)呈“H”形，開(kāi)關(guān)場(chǎng)對(duì)側(cè)的旁路線(xiàn)（bypass wire 1和bypass wire 2）、饋出線(xiàn)需要利用跨線(xiàn)支柱跨越軌道上方的接觸網(wǎng)，開(kāi)關(guān)場(chǎng)一側(cè)的支柱可以設(shè)在開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)，也可以設(shè)在開(kāi)關(guān)場(chǎng)以外，圖3中跨線(xiàn)支柱設(shè)置在開(kāi)關(guān)場(chǎng)以外。

圖3 H型電路

如圖4所示，H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)中母線(xiàn)呈“H”形，按照?qǐng)D3的位置關(guān)系，長(zhǎng)邊平行于軌道。在圍欄的一側(cè)設(shè)置一處至少寬1 m的金屬門(mén)，門(mén)與場(chǎng)內(nèi)通道之間連接順暢。

圖4 H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)（單位：mm）

3 接地布置

每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)支撐結(jié)構(gòu)均必須設(shè)置接地保護(hù)，開(kāi)關(guān)場(chǎng)范圍內(nèi)所有其他金屬結(jié)構(gòu)外殼均設(shè)置接地保護(hù)。圖5所示為一個(gè)H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)的接地布置，金屬?lài)鷻谝詢(xún)?nèi)的虛線(xiàn)框代表由?20 mm圓鋼制作的接地框架，位于地下0.7～1.0 m的深度，隔開(kāi)支撐結(jié)構(gòu)、金屬?lài)鷻?、開(kāi)關(guān)柜、工具存儲(chǔ)架外殼均統(tǒng)一接入地網(wǎng)，符號(hào)“И”“П”為接地連接示意[6-8]。

圖5 H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)接地布置（單位：mm）

4 開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)計(jì)推薦方案

Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)呈矩形，場(chǎng)內(nèi)母線(xiàn)布置呈“Z”形，開(kāi)關(guān)在母線(xiàn)兩側(cè)排列，開(kāi)關(guān)之間的總母線(xiàn)較短，上下行并聯(lián)母線(xiàn)連接簡(jiǎn)單易于操作。Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)在垂直軌道方向上為長(zhǎng)邊，因此封閉圍欄在3個(gè)方向上更易于設(shè)置進(jìn)出門(mén)和作業(yè)通道。缺點(diǎn)是Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)的占地對(duì)站場(chǎng)局部的征地界有一定影響。

H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)同樣為矩形，場(chǎng)內(nèi)母線(xiàn)布置呈“H”形，開(kāi)關(guān)在母線(xiàn)外側(cè)對(duì)稱(chēng)排列，總母線(xiàn)較長(zhǎng)，上下行并聯(lián)母線(xiàn)需要橫跨總母線(xiàn)，實(shí)施時(shí)，需要調(diào)整跨接母線(xiàn)的安裝高度。因封閉圍欄更靠近軌道，相對(duì)Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)，其與站旁道路連接更不方便。優(yōu)點(diǎn)是與Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)相比，H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)占地更容易劃定，更容易設(shè)置多個(gè)開(kāi)關(guān)，對(duì)于需要更多隔離開(kāi)關(guān)的較大車(chē)站，H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)顯然更適用。

綜合以上分析，在匈牙利的Budapest-Kelebia段鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，推薦采用Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)，當(dāng)Z型開(kāi)關(guān)場(chǎng)無(wú)法布置或站場(chǎng)范圍沒(méi)有合適場(chǎng)地的情況下，考慮采用H型開(kāi)關(guān)場(chǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)我國(guó)電氣化鐵路的特點(diǎn)，隔離開(kāi)關(guān)基本分散安裝在各個(gè)支柱上，因此，隔開(kāi)控制電纜分散，各類(lèi)型電纜路徑雜亂，隔開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)操作和維修不便。而開(kāi)關(guān)場(chǎng)的作用是使隔離開(kāi)關(guān)集中設(shè)置，場(chǎng)內(nèi)設(shè)置隔開(kāi)控制柜，便于運(yùn)維人員操作和維修。

開(kāi)關(guān)場(chǎng)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，隔離開(kāi)關(guān)集中于同一封閉場(chǎng)地，隔離開(kāi)關(guān)控制柜設(shè)置在封閉的開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)，能夠易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程操作，同時(shí)，隔開(kāi)排列規(guī)律，控制電纜不需多路徑分散穿插，對(duì)運(yùn)營(yíng)和維管都有較大的便利性。

開(kāi)關(guān)場(chǎng)的缺點(diǎn)是增加占地，即在車(chē)站范圍單獨(dú)劃分一處場(chǎng)地，而開(kāi)關(guān)場(chǎng)母線(xiàn)的進(jìn)線(xiàn)需要與站場(chǎng)支柱合架或采用電纜，無(wú)論采用哪種進(jìn)線(xiàn)方式，都不利于運(yùn)營(yíng)和檢修，而成本問(wèn)題也是一個(gè)必須考慮的因素。