高速铁路接触网分相结构分析

工作上的应用，方便对接触网分相结构的认知和选择。

关键词 电气化铁路 接触网 关节式分相

中图分类号：U298.6 文献标识码：A

0引言

随着1958年宝成线电气化铁路动工修建的开始，中国电气化铁路的发展拉开了帷幕。但随着国家经济的飞速增长，运输量与运能之间的矛盾越来越尖锐，从国内外几十年的铁路发展经验和实践来看，积极实现铁路电气化是我国现代化的总体需要，是缓解运输量与运能之间矛盾的根本措施。近年来，在国家政策下，我国大力发展电气化铁路，中国电气化铁路总里程在54年内突破4.8万公里，超越了原电气化铁路世界第一的俄罗斯，跃升为世界第一位，但与此同时，某些铁路电气化的技术上的缺陷却一直未能彻底攻克解决，这为我们高速发展的电气化铁路产生了不利的影响。对关节式分相结构进行分类梳理可以方便铁路工作上的应用。因此，本课题通过电气和几何两个大方面分析比较各种分相结构的优缺点。

1高速铁路接触网关节式分相结构分析

四跨绝缘锚段关节由两根锚柱、两根转换柱和一根中心支柱形成四个跨距所组成。典型的特点是在相邻两锚段的两组悬挂中，其承力索之间、接触线之间在垂直方向和水平都彼此相距500mm，以保证其电气方面的绝缘。主要多用于电分段，在机车通过时使得受电弓能够在中心支柱实现两锚段的转换和过渡。

在五跨绝缘锚段关节中，受电弓接触两接触线是在两等高导线处，接触压力小，克服了四跨接触压力大和出现硬点的不足。使受电弓受流质量良好，延长接触线使用寿命。所以在实际应用中一般不采用四跨绝缘锚段关节，而是更加安全稳定的五跨结构。

七跨锚段绝缘关节式分相是由两个四跨绝缘锚段关节交叉组合而成。因为一共包含七个跨距，所以叫做七跨锚段绝缘关节式分相。它的工作原理是利用两个四跨绝缘锚段关节的空气绝缘间隙来达到电分相的目的。在没有机车通过时，中性区不带电，但不允许接地，其对地仍按25kv电压等级要求绝缘。

八跨锚段绝缘关节式分相由两个五跨结构重叠两跨后组成。装有两台隔离开关，通过八跨锚段绝缘关节的空气绝缘间隙实现电气绝缘，隔离开关在正常情况下均处于常开状态。八跨锚段绝缘关节式电分相的中性无电区长度约35m。在整个结构内两支接触悬挂的水平间距均为500mm。两支接触悬挂间空气绝缘间隙应450mm。为满足接触线工作坡度的变化率在正线关节转换区4‰的技术要求，并且保证能够在中性无电区保持良好的弓网关系，八跨锚段绝缘关节式分相在关节区内加设了一个分相锚段，使分相关节种有一段中性无电区。

2高速铁路接触网关节式电分相各类结构比较

2.1从弓网几何关系比较

首先，弓网几何关系的核心在于以下3方面：车辆限界及性能，受电弓几何尺寸，建筑限界。而其中，车辆限界及性能要参照对接触线高度的限制和受电弓的摆动；受电弓几何尺寸要关注接触线偏离受电弓中心的限制；建筑限界则关系到隧道和桥梁还有站台面和房屋。所以，这里我们就从弓网几何关系的角度，来比较各类关节式分相结构：三跨绝缘关节转换柱非工作支抬高500mm时，组成的四跨分相结构可以满足使用需求，比其它结构更加优秀；而五跨绝缘关节组成八跨短分相结构时，可以满足短分相的参数要求；在中性段长度要求小于200mm时，双断口四跨、六跨、八跨均能满足需求，表现较其它结构更为适合；双断口八跨分相的优点是理论上可以实现与六跨分相中性段长度相同的短分相结构；四跨绝缘关节由于高速受电弓同时接触两工作支时弹性较差，弓网间存在隐患，相比较下，五跨绝缘关节构成的八跨短分相弓网配合更好，更加适合使用；而对于中性段长度小于200mm的八跨或六跨分相结构在使用前-后弓作为主用，前-前弓、后-后弓作为备用的升弓模式表现更为优秀可靠。

2.2从接触网平面布置角度比较

四跨绝缘锚段关节：其相邻两锚段的两组悬挂承力索、接触线之间垂直方向和水平方向都彼此相距500mm，保证电气绝缘。五跨绝缘锚段关节相比，四跨锚段关节多了一根中心柱，在中心柱处两根接触线等高，过渡较平稳。提速区段接触线张力大，非支接触线抬高量较大，中心柱处两定位器会出现较大上抬力，当环境温度变化难以保证两支接触线等高，也对高速取流不利。因此不建议在关节式电分相中采用四跨型式。

五跨绝缘锚段关节：由于四跨锚段关节在受电弓由一个锚段向另一个锚段过渡时，是在中心柱处转换，虽然可以控制并实现两支接触线等高，但在定位点处，由于有两个定位器，其弹性性能明显变差，在此不仅会加大对接触线的磨损，而且影响受流，所以在时速为160km/h及以上的电气化线路上，都采用五跨绝缘锚段关节，在技术要求上和四跨绝缘锚段相同，两组接触悬挂的接触线和承力索之间必须保持500的绝缘间隙。

八跨式绝缘锚段关节：它突破了传统关节式电分相型式，用绝缘子串代替了嵌入式中心锚段。但由于要实现一个关节内的机械过渡和电气绝缘，关节内布置了3根中心柱和4根转换柱，并且导线高度连续变化，综合参数结构上非常复杂，施工调整工作量很大，后期对运营管理的检测标准要求较高。特别是一旦出现断线故障，势必影响到其中的一个长大锚段，不利于故障修复。该结构相对五跨式关节没有增加支柱，仅增加了几套支撑装置，但减少了一个中性区锚段，投资较省。该类关节式电分相处于初期试运行阶段，其优缺点还有待于运营实际检验。

2.3从受电弓过分相时，动车组失电时间的长短上比较

由于受电弓过分相时，动车组失电时间的长短主要取决于整个过分相装置的结构设置，所以我们这里主要对目前经过各国认可的3种基本技术方案中的失电时间进行比较。

2.3.1地面开关自动切换方案

原理如下左图所示，中性段嵌于接触网分相处，其两端分别由绝缘器JY1、JY2与二相接触网绝缘（JY1和JY2采用锚段关节结构来保证连续受流）。当机车从A相驶来达到CG1处时，真空负荷开关QF1闭合，中性段接触网由A相供电。待机车进入中性段、到CG3处时，QF1分断，QF2随即迅速闭合，完成中性段的换向过程。由于此时中性段已由B相供电机车可以在不用任何附加操纵、负荷基本不变的条件下通过相分段。待机车驶离CG4处后，QF2分断、装置回零。反向来车时，由控制系统自动识别，控制2台真空负荷开关以相反顺序轮流闭合，采用这种方法过分相，断电时间约0.1 s～0.15 s。可以看出，这种结构方案的优点是接触网无供电死区，无需司机操作，并且断电时间极短，使用行车速度无限制，应对情况广泛。缺点是真空负荷开关带负荷分断，必须考虑到在线备份和检修备份，中性段长度难以确定（需要考虑区段运行模式多样性），过分相合闸后电流冲击大，投资巨大维护高等。

2.3.2柱上开关自动断电方案

工作原理如上右图，A、B两组真空开关正常情况下均处于断开状态，当机车运行到a-b间时，A组开关装置线圈有电流通过，磁铁吸合，真空开关在15ms时间内闭合让c-d段通电。当机车运行到c-d段时，A组线圈无电流通过，磁铁释放，15ms时间内A组开关断开使得d-e-f-g变成无电区段，机车惰行。当电力机车运行至g-h之间时，B组开关装置线圈有电流通过，同理B组真空开关闭合；当机车驶离i点后，B组开关线圈失电使B组开关断开，但此时该开关不起分断电流作用。这样A、B两组开关回到初始状态。和第一种结构方案比较可以看出，优点是机构简单，投入较少，无需司机操作。缺点很明显，对机车速度有严格要求，会直接影响到通断电时间的长短，而且存在一定长度的供电死区，所以要比上一种机构方案的断电时间要长。

2.3.3车上自动控制断电方案

该方案的工作原理是当机车得到过分相预告信号后，首先进行确认，然后封锁触发脉冲，延时断开主断路器，使机车惰行通过无电区。在通过无电区后，由机车自动检测网压从无到有的跳变并确认，再合主断路器，顺序启动辅机，然后限制电流上升率，启动机车。该结构方案中，除分相预告信号与地面设施有关外，其余一切操作都由机车自动完成，无需人工干预。该结构方案的优点是，投资最低，缺陷问题较少，装置寿命长，不会有冲击电流，对机车速度无限制，无需人工干预。缺点尤其表现在断电时间上，断电时间和速度有关，并且要长于前述方案，在假定供电死区长60m时，完全断电时间约为4s，这在低速行驶时影响较为明显。

综合来看，三种结构在过分相时断电时间长短不一，多受速度影响，所以多在准高速和高速线路上采用第三种结构方案较好。

3结语

尽管电分相结构种类繁多，但是在选用电分相时，结构上要求能够在列车因故停车时，保证机车受电弓不处于受电弓无电区内并且列车因故停车起动后能顺利通过受电弓无电区。对于带中性段的绝缘锚段关节式电分相结构的选择，要考虑供电、行车、受电弓、接触网悬挂类型、地理条件等多种因素，尽量减小对列车速度和运行时间的影响，并考虑跨距大小和接触线坡度变化对受流的影响。其中，中性段长度由列车编组情况，如动力集中或动力分散、升弓数量、受电弓间距、受电弓之间的电气联接情况以及最高运行速度等因素确定。

参考文献

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