试析电分相在高速电气化铁道的改进建议(庞)

试析电分相在高速电气化铁道的改进建议(庞) 兰州交通大学毕业论文 1 概述 分相绝缘装置(简称电分相)是25kV/50Hz电气化铁路实现相与相之间电气隔离必不可少的设备。在交流供电牵引供电系统中，电力机车是单相供电的，为了平衡电力系统的A、B相之间要进行分开，这称为电分相。 根据上述要求，在变电所出口处及两牵引变电所之间(供电臂末端)，必须设电分相装置。两个牵引变电所之间的接触网，可以实现单边供电，也可以实现双边供电。在单边供电的情况下，在牵引变电所之间的适当位置设置分相装置，把接触网分成两段，在每段由一个牵引所供电。 我国早期电气化铁路采用的电分相为结构复杂的接触网八跨、六跨、 跨等舣绝缘锚段关节组成的气隙绝缘结构(后来，引进和研制了绝缘材料制作的器件式电分相(这类电分相结构简单，在速度(140km,h以下)不太高的情况下能基本满足弓网关系要求，大大减少施工维修难度，在20世纪80,90年代电气化工程改造中被普遍采用。器件式电分相有一个极大优点，其中性区很短，特别适合在重载、大坡度区段使用。近年来随着列车速度的大幅度提高，器件式电分相硬点成为干扰电气化铁路提速改造的主要问题之一。由于关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在的硬点大问题，在20世纪末我国电气化铁路提速改造中又被普遍采用。目前，世界大多数国家的高速电气化铁路电分相也均采用该种型式。可以预见，它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式。 众所周知，器件式电分相依靠绝缘杆件实现相间绝缘，有电气连接的两个受电弓跨接在电分相两端才能造成相间短路，电气化区段的有关人员通常也认为只要单台电力机车禁止双弓、断电，就能安全通过电分相。但是，运营中发现，对关节式电分相，即使是两个电气隔离的受电弓(如多机牵引、电力机车附挂、牵引机车后挂有接触网检测车等情况)在一定的条件下仍可以造成相间短路(如图I所示)。据调查，这类故障在京广、哈大等线已采用关节式电分相的电气化线路已经发生多次，而我国电气化铁路有关 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和管理人员对该问题还未引起足够的重视。 本文就器件式电分相和关节式电分相优缺点及存在的问题进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，并探讨自动过分相技术，对电分相的设计及运行管理提出建议。 1 兰州交通大学毕业论文 2电分相设置 2.1 电分相分类 电分相装置分为四种类型，即常规电分相装置、地面自动转换电分相装置、柱上断载自动转换电分相装置及车载断电自动转换电分相装置。 实现电分相，当前常规电分相采用的有两种办法，其一是利用锚段关节进行电分相，另一种是利用专门的电分相装置进行电分相，后者称为电分相绝缘器。电分相绝缘器与锚段关节不同，它只能用于电气上的绝缘，而导线在机械上则是通过电分相绝缘器连接在一起，不能作为机械分段。而绝缘锚段关节则既可以实现电气分开，也可以实现机械方面的分开。 2.2 器件式电分相 图2.2.1 器件式电分相安装图 1,玻璃钢绝缘器 2,中性区接触线 3,中性区承力索 4,悬式绝缘子 5、6,带不同相位的接触线 7,吊弦 器件式电分相采用绝缘器件进行分相绝缘如图2.2.1所示。是一种由三组分段绝缘元件串联组成的分相设备，串联在接触线中，绝缘元件为环氧树脂玻璃布层压板，每件绝缘元件长度为1.8米，宽度为25mm，高度为60mm,在底部开有斜沟槽。两端部绝缘元件之间的不带电段称为中性段，电力机车通过中型区段时为断电惰性通过;电分相绝缘器的两端的接触网为不同相供电，它保证列车安全通过而不发生短接事故。因此，中性段不宜过长，其长度以电力机车升起双弓时不短接不同相接触为限。电分相绝缘上方的承力索，通过与绝缘元件相应的3片悬式绝缘子(每串为4片)断开。分相绝缘器的设置应注意:避开线路的大坡道，以利于电力机车惰性，同时还要考虑信 2 兰州交通大学毕业论文 号显示、调车作业、供电线径及维修管理方面等条件。对于高速铁路而言，最大的问题是对接触悬挂形成硬点，影响接触悬挂的弹性。近年来随着列车速度的大幅度提高，器件式电分相的硬点大成为困扰电气化铁路提速改造的主要问题之一。 电分相绝缘器件的问题是由于各种原因，会经常烧损绝缘器件。电力机车在到达断电预告标处，电力机车操作规程规定，这时需推级，关闭辅助机组，断开主断路器，惰性通过电分相装置，在机车到达合闸预告标时，要进行一系列上述的反向操作。这种常规电分相装置不仅影响到重载、高速和行车安全，而且对司机是个沉重的思想负担，如果遇到大坡道或高速区段，给司机的操作带来很大的难道，如稍有疏忽，操作不当就会造成拉弧、烧伤分相绝缘器等事故。在列车运行速度较低时，尚可实行这种操作。 2.3 器件式电分相对接触悬挂的弹性的影响 接触悬挂的弹性是表示接触悬挂结构好坏的重要指标之一。所谓弹性，就是接触悬挂在受电弓抬升力的作用下所具有的升高性能，即在受电弓压力的作用下，每单位垂直力使接触线的升高。接触悬挂的弹性，对于受电弓的受流质量是一个重要的因素。衡量弹性好坏的标准有二:一是弹性的大小，它取决于接触线的张力(链形悬挂包括承力索)的量值;二是弹性均匀程度，它取决于悬挂结构、悬挂的类型和某些附在接触线的集中负荷程度等。由于器件式电分相的安装结构必然在接触悬挂形成集中负荷，器件式电分绝缘器是安装在接触悬挂上的。承力索分相是通过绝缘子串实现的;接触线分相是通过绝缘滑道实现，在接触悬挂上形成集中负荷，形成硬点，影响接触悬挂的弹性。 3 兰州交通大学毕业论文 2.4 锚段关节式电分相 2.4.1锚段关节 图2.4.1 锚段关节式电分相 D,中性段长度;L,受电弓的距离 接触悬挂中的承力索和接触线在延续到一定的长度后，为满足机械方面受力的要求及方便施工，必须分成为一个个相互独立的线段即为接触网的机械分段。机械分段的作用是减少事故范围，即当某一个线段发生事故时，不影响另一线段的接触悬挂，也便于在线段的两端设张力补偿装置。必要时，还可将其设置成电气上能相互分开的线段，同时起电分段的作用。 接触网进行机械分段的线段称为锚段。相邻两个锚段的衔接区域(重叠部分)成为锚段关节。锚段关节的设置，使接触网不间断地贯通于全线。锚段关节分三种: (1)仅起机械分段作用的称为非绝缘锚段关节，该处相邻的两个锚段在电气上是绝缘的。 (2)不仅起机械分段作用，同时又起同相电分段作用的锚段的锚段关节，称为绝缘锚段。 4 兰州交通大学毕业论文 (3)带有中性嵌入段，既起机械分段的作用，又具有电分相功能的，称为电分相锚段关节,如图2.4.1 在锚段关节处，两锚段的接触悬挂是并排假设的。对它的基本要求是当机车通过时，应保证受电弓能平滑地由一个锚段过渡到另一个锚段。根据锚段关节所起地作用，可分为非绝缘锚段关节、绝缘锚段关节及电分相锚段关节。根据所含跨距数可分二跨、三跨、四跨、五跨、七跨及九跨式锚段关节。 对于高速电器化线路，其分相已不能用常规带有绝缘滑条式地电分相装置，以锚段关节地形式实现电分相，使在高速运行式，受电弓平稳，保证设备良好运行及受流质量。 2.4.2 关节式电分相种类 关节式电分相种类由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成。由于绝缘锚段关节有三跨、四跨和五跨3种型式，跨距长度不同，两个关节的衔接布置也有多种方式，造成目前关节式电分相存在七跨、八跨、九跨、十跨、十二跨等多种型式，中性区距离也长短不一(参见图2.4.2一图2.4.5)。 图2.4.2 京广线石桥---林颖双五跨关节式电分相示意图(八跨) 图2.4.3 哈大线双五跨关节式电分相示意图 5 兰州交通大学毕业论文 图2.4.4 哈大线双五跨关节式电分相示意图(十跨) 图2.4.5 马德里—塞维里亚双五跨关节式电分相示意图(十二跨) 2.4.3 关节式电分相锚段关节型式的选择 绝缘锚段关节有三跨、四跨、五跨等型式。由于关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，因此选用的绝缘锚段关节的型式决定了关节式电分相结构型式。 (1) 四跨绝缘锚段关节与三跨、五跨绝缘锚段关节相比，四跨锚段关节多了一根中心柱。正常状态，受电弓在中心柱处同时接触两支接触线，从一个锚段过渡到另一个锚段。但由于要满足绝缘的要求，中心柱就需采取特殊定位方式。一种方式是采用反定位管低头的特殊安装方式，这使得接触网稳定性降低。另外的方式是一根定位器采用特型定位器(直线区段)或两根均采用特型软定位器(曲线区段)，而该类定位器因为结构原因要满足强度要求采用钢质结构，质量大于提速区段普遍采用的铝合金定位器，又由于中心柱处受电弓要同时抬起两支接触线，这样就对接触网弹性造成了较大的影响，不利于受电弓高速受流。另一方面，提速区段接触线张力大，非支接触线抬高量(一跨中抬高450一500mm)较大，中心柱处两定位器会出现较大的上抬力。当环境温度变化时难以保证两支接触线等高，也对高速取流不利。根据哈大线的资料，四跨绝缘关节较多在800m及以下曲线半径的线路采用。日本和法国则倾 6 兰州交通大学毕业论文 向于不采用四跨绝缘关节。故建议关节式电分相的每个锚段关节不采用四跨型式。 (2) 三跨与五跨绝缘锚段关节三跨与五跨绝缘锚段关节均是在跨中两接触线等高，受电弓实现从一个锚段向另一个锚段过渡。由于跨中弹性大，不会对受电弓运行造成大的影响。三跨绝缘锚段关节相比五跨，少了两根转换支柱，结构简单，但由于三跨转换跨中坡度(7%o一8%o)大于五跨(2%o一4%o)，也远大于接触线坡度不宜大于3%o的标准，不利于高速受流。另一方面，从工程投资上讲，五跨与三跨相比，不增加接触网支柱，只是增加两套定位支撑装置和少量的接触网，投资增加很少，就能更好满足接触网运行，也为接触网进一步提速创造了条件。因此，建议关节式电分相的锚段关节宜采用五跨。 我国电气化铁道接触网通常采用的锚段关节式电分相有七、八跨式和九跨式3种。其中，七跨锚段关节式电分相用于广深线;八跨锚段关节式电分相用于京广线的衡广段(如图2.4.6)九跨锚段关节式电分相用于京广线的武衡段和哈大线。不管是哪种型式，其结构都是利用2个绝缘锚段关节重合1跨或2跨，再增加1个分相锚段组成，即:分相锚段与既有接触网的2个下锚支组成2个绝缘锚段关节并重合2个锚段关节的1跨或2跨，在分相无电区工作范围内利用分相锚段作工作支，而分相锚段与既有锚段问采用相问空气绝缘的装配形式，从而达到分相的目的。 图2.4.6 八跨锚段关节式电分相的结构示意图(顺线路方向)(单位:m) 2.4.4 关节式电分相的布置方式 两个五跨绝缘锚段关节衔接方式有多种型式。从电力机车高速受流角度看，分相绝缘装置中性区长度越短越好。 图2.4.2的布置方式要求在中间一根支柱上安装三支接触悬挂或增加一 7 兰州交通大学毕业论文 根支柱(石桥一临颖分相当时改造时即是如此，哈大线则设置了两根钢柱)，结构稍显复杂;图2.4.4的布置方式则要求在中间一根支柱上同时做两个方向的下锚，这样的安装方式工程上需做特殊处理;图2.4.5的安装方式显然中性区段过长，当然，这样布置的原因可能也是为了满足有多个受电弓的电动车组使用，如两个受电弓间距小于225m，则不需要降下一个受电弓通过;图6的布置方式克服其他3种方式结构上的不足，中性区长度只比图4增加30-40m左右的一跨，即可满足安装的要求。综合上述考虑，建议双五跨关节式电分相按照图6方式布置。 2.4.5 关于关节式电分相中性区长度的确定 按照图2.4.3的布置方式,不考虑受电弓的抬升量，中性区的长度等于支柱3与支柱4的跨中到支柱7与支柱8的跨中的距离，该值由两个五跨锚段关节的转换跨距确定。规范指出，在相同速度下，既有线提速的曲线半径略小于新线建设的标准。新线建设规定，最高速度为120km/h时曲线半径最小一般为1200m，困难时800m，既有线提速时也为800m。由于曲线半径越大，允许通过的速度越高，因此，为统一跨距的设计，可按照曲线半径为800m进行120km/h以上接触网绝缘五跨的转换跨距设计。按照接触网设计原理，转换跨距的大小主要由满足跨中接触线位置在最大风偏时不超过受电弓允许的最大拉出值及误差确定。最大风偏则可由接触线张力和跨距、支柱挠度、风载体形系数、风速、接触线直径计算而来。国内几条电化线路800m曲线半径的绝缘转换选用跨距情况如表2.4.1。 表2.4.1 国内电气化铁路800米曲线半径的绝缘转换选用跨距情况 8 兰州交通大学毕业论文 从表中可以看出，尽管各条线路设计最大风速、接触悬挂类型不同，绝缘关节转换跨距选用值却相差不多。由于电分相最密时约20km才有一处，一处分相增加一根支柱定位，投资增加很少，因此为简单起见，曲线半径为800m以上的曲线包括直线处设置的绝缘锚段关节转换跨距完全可以用800m曲线半径时的跨距选用值代替。根据表2，可统一五跨绝缘锚段关节转换跨距为40m。支柱5和支柱6间距取40m.由此，关节式电分相的中性区长度可确定为:40/2+40+40+40+40/2=160m。 2.5 器件式电分相与关节式电分相的比较 根据铁路多年来的接触网动态检测结果，同样的接触悬挂方式，同样的运行速度，器件式电分相的硬点平均为接触网的3一6倍，而且运行速度越高，硬点差值越大。据统计，同样一组器件式电分相,当速度为120、140、160km/h时，其硬点分别约为30、60、110g，而铁道部规定是<=50g。可以说，当运行速度超过120km/h时，器件式电分相是很难满足安全运行的(如图1)。法国电气化铁路部门认为运行速度为60km/h及以下时，可采用绝缘件作为电分段，当运行速度超过60km/h时，就要采用锚段关节式空气间隙绝缘方式。 根据运行经验，靠加强维修和调整来减小器件式电分相的硬点是很困难的，即使耗费大量的人力和物力，效果也难以令人满意。器件式电分相严重恶化弓网关系，其接头线夹处接触线磨耗很快，有机绝缘杆件运行环境恶劣容易发生事故，。传统的分相绝缘器由3个绝缘棒组成，在导线上有6个接头，使分相处成为薄弱环节，机车通过分相时，接头处容易打弓，从而加速了导 9 兰州交通大学毕业论文 线磨耗和受电弓的磨损，限制了通过速度。据多年运营统计，该处故障率较高，故应尽量减少使用。锚段关节式电分相的设立，减少了硬点，降低了该处的故障率。且适于高速行车，提高了运营的可靠性。建议比照法国标准结合我国实际，新线建设时速为120km以上的线路应采用关节式电分相。 器件式电分相严重恶化弓网关系，其接头线夹处接触线磨耗很快，有机绝缘杆件运行环境恶劣容易发生事故，故应尽量减少使用。建议比照法国标准结合我国实际，新线建设时速为120km以上的线路应采用关节式电分相。 由于关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在的硬点大问题，在20世纪末我国电气化铁路提速改造中又被普遍采用。时速大于160km的接触的电分相是由相邻的绝缘锚段关节和一个中间不带电的架空接触网区段构成。这种结构有两种变化的情况，一种是中性段的总长度设计成比牵引车辆上两个受电弓之间的最小间隔短;另一种是中性段的总长度比多弓动车组上距离最远的两受电弓之间的最大距离长。 目前，世界大多数国家的高速电气化铁路电分相也均采用关节式电分相型式。可以预见，它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式。众所周知，器件式电分相依靠绝缘杆件实现相间绝缘，有电气连接的两个受电弓跨接在电分相两端才能造成相间短路，电气化区段的有关人员通常也认为只要单台电力机车禁止双弓、断电，就能安全通过电分相。但是，运营中发现，对关节式电分相，即使是两个电气隔离的受电弓(如多机牵引、电力机车附挂、牵引机车后挂有接触网检测车等情况)在一定的条件下仍可以造成相间短路(如图三所示)。据调查，这类故障在京广、哈大等线已采用关节式电分相的电气化线路已经发生多次。本文就关节式电分相存在的问题进行分析，对电分相的设计及运行管理提出建议。 2.6 关节式电分相在运行中存在的问题 (1)由于关节式电分相由两处空气绝缘间隙实现电气绝缘，电力机车及所联挂的车辆多弓运行时，任何两个受电弓间距必须限制。否则，就可能造成两个受电弓滑板同时搭接在两个空气间隙引起接触网相间短路。关节式电分相的空间结构没有相对统一的标准，会给电力机车的运行和运输组织增加难度。 10 兰州交通大学毕业论文 图2.6.1 两个受电弓同时短接电分相两个空气间隙示意图 (2)由于我国《电力牵引供电设计规范》目前对关节式电分相没有统一的设计标准，各设计部门的认识也不一样，因此，同样的线路条件，不同的设计部门就会做出不同的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ，不利于规范管理，也给以后的接触网运营和检修工作造成一定的困难。 (3)理论和运行经验都表明，受空气动力的影响，机车在高速运动过程中降下受电弓后再升起是很危险的，运行中应尽量避免。国外关节式电分相有满足电力机车单弓运行和电动车组多弓运行方式之分，目前国内还仅是单弓取流，将来是否研制或引进多弓运行。 (4)电力机车运行的各种情况中，两台及以上电力机车同时牵引的重联机车、有动力回送电力机车(电力机车附挂运行)、使用中部或后部电力机车推进的运行列车及同时升弓运行的电力机车与其牵引的接触网检测车，在通过关节式电分相时都可能引起接触网相间短路。然而，目前铁道部的各种规程中都还没有预防此类故障发生的规定。电力机车运用管理人员及乘务员的认识还局限于只要每台电力机车不升双弓、断电就能安全通过电分相。这将成为采用关节式电分相电气化铁路运行安全的极大隐患。2003年初铁道部提出了我国铁路跨越式发展思路“2003一2007年京沪、京广、京哈、京九、陇海、浙赣、胶济等有条件的干线，提速客车最高运行时速达到200km，并逐步向其他干线扩展，扩大提速范围”。我国也正 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 建设高速客运专线。可以说，无论是新线建设还是既有线改造，都将大量采用关节式电分相装置，规范统一该设备的设计已迫在眉睫。 2.7 关节式电分相对受电弓间距的限制 11 兰州交通大学毕业论文 如前所述，由于关节式电分相靠两个空气绝缘间隙实现相间绝缘，故必须对具有两个及两个以上受电弓升弓运行的列车的受电弓间距进行限制。该限制距离由两个关节布置方式、机车受电弓动态抬升量及两相间电压差值大小确定。考虑到测量误差等因素，可以确定关节式电分相处对受电弓间距的限制是50-270m范围内禁止有两台受电弓升弓运行。现场可增加重联机车降、升弓标志，以提醒乘务人员在通过分相绝缘装置时除断开机车主断路器外，还要通知后方机车司机降下不能满足距离要求受电弓。在受电弓间距不满足限制条件时都有可能造成相间短路(限制条件见表2.7.1)。实际运行中，这类故障已经多次发生。 表2.7.1 我国部分电气化铁路关节式电分相限制多弓运行条件 为此，铁道部 第五次大面积提速调图有关规章制度标准暂行规定中规定重联机车运行至锚段关节式电分相时必须单弓运行通过，这样就对重联机车或电动车组的机车乘务员提出了更高要求。在运行至关节式电分相时，乘务员不但要进行机车主断路器断、合电操作，还要降下其他受电弓。这样，在高速运行时机车乘务员就需频繁进行上述操作，如运行速度为l60km,h时，8-l0分钟需进行一次上述操作，这无疑会增加乘务员的劳动强度。一旦遗忘或操作不及时就会造成接触网相问短路，烧断接触线或承力索，造成较大的供电事故，中断运输。 理论和运行经验表明，受空气动力的影响，机车在高速运动过程中降、升受电弓对接触网的安全运行非常不利，运行中应尽量避免。对于高速运行 12 兰州交通大学毕业论文 的电动车组，这个问题尤为突出。发达国家的高速电气化铁路以增加中性区长度(实质是增加允许多弓运行的最小距离)来解决这个问题。如西班牙马德里一塞维利亚允许多弓运行的距离达225m(中性区长度400m)。日本新干线则在l000m左右。这样，允许多弓运行的最小距离大于整列电动车组两受电弓的距离(一般在200m左右)，才可以满足电动车组多弓不降弓通过电分相的运行要求。我国是发展中国家，路网不发达，客货混运及高、低速列车混跑的情况在所难免。较长的电分相中性区长度不但影响高速列车运行速度也将对低速列车的正常运行产生非常不利的影响，不利于重载列车的开行。实践表明，即使我国目前电气化铁路关节式电分相普遍采用l20,l50m左右的中性区长度，电力机车运行中停在分相无电区的现象也时有发生。增大电分相中性区长度，不适合目前我国的国情。 我国目前尚未引进200km,h以上运行速度的电动车组，而国外高速铁路电动车组较多采用了多弓运行(国外电动车组运行概况见表2.7.2)。 表2.7.2 国外电动车组运行概况 显而易见，按照我国目前普遍采用关节式电分相结构对多弓运行的限制离，若引进或研制长度为l00,300m左右的电动车组，必须采用单弓运行方式。综上所述，双绝缘锚段关节式电分相对电力机车或电动车组多弓运行方式有严格的限制，不利于我国铁路目前客货混运、高低速列车混跑及积极开行重载列车的状况，也对我国引进和研制高速电动车组的技术条件提出了苛刻的要求。 2.8 国外双中性段关节式电分相 13 兰州交通大学毕业论文 意大利在修建罗马那不勒斯高速铁路时采用了双中性段关节式电分相。该电分相有两个中性段三处空气间隙有如下运行特点: C 绝缘锚段关节受电弓同时接触两支接触线区域 D 必须少于142 m 图2.8.1 双中性段关节式电分相示意图 图2.8.2双中性段电分相示意图三跨绝缘锚段关节组成 (1)两台机车重联运行不论其受电弓间距多少不会造成两相短路接触网检测车附挂在电力机车后或附挂在其牵引的列车后不论其受电弓间距多少也不会造成两相短路多台电力机车附挂同时升弓运行只要3台机车受电弓位置不与3个绝缘锚段关节位置对应也不会造成接触网相间短路。 (2)对电动车组在受电弓高压母线不连的条件下两台受电弓同时升弓运行不论受电弓间距是多少不会造成接触网两相短路3台及以上受电弓同时升弓只要不相邻受电弓间距大于分相两中性区最外端的距离也不会造成接触网两相短路在高压母线相连的情况下只要两台受电弓间距不大于相邻两个绝缘锚段关节最外端距离也不会造成相间短路3该分相无电区长度小于142m与我国目前采用的关节式电分相无电区长度基本持平不对机车运行提出更高要求不难看出相比双绝缘锚段关节式电分相双中性段关节式电分相无电区长度未增加由于又多了一处空气绝缘间隙对机车多弓运行限制条件大大减少。 3 自动过分相装置的应用 14 兰州交通大学毕业论文 国内接触网上每隔20km,25km就有一长约30m的供电死区。在此无电区外一定距离处设有“断”、“合”提示牌,电力机车通过时须退级、关闭辅助机组、断开主断路器,惯性通过无电区后再逐项恢复,这样受电弓是在无电流情况下进出分相区的,从而保证了受电弓和接触网的寿命。但这样操作,一方面影响了行车速度,另一方面增加了司机的劳动强度及精神负担, 操作稍有疏忽就会拉电弧烧分相绝缘器，甚至造成事故。对准高速、高速线路,每小时就要过10多个分相区,靠司机操作实属困难。对高坡重载区段,手动过分相会引起列车大幅降速,延长咽喉区段的运行时间,降低线路运能。因此研究电力机车过相分段自动转换系统是非常必要的。目前自动过分相有三种方式:一是地面自动转换电分相装置;二是柱上式电分相自动转换装置;三是车上式电分相自动转换装置。 3.1 地面自动转换电分相装置 如图3.1.1所示。正常无机车情况下,QF1、QF2两真空开关处于分闸位,中性段无电。当机车从A相接触网驶近中性段而到达检测点CG1时,QF1真空开关闭合,中性段带A相电,所以机车不断电经过绝缘分相器进入中性段。机车到达检测点CG3时,QF1真空开关分断,紧接着QF2真空开关闭合。两个真空开关转换使机车有一瞬间断电, 当瞬间断电时间小于130ms时,机车和车辆的机、电冲动均较小。转换后,中性段带B相电,因此机车不断电经过绝缘分相器进入B相接触网。机车到达检测点CG4延迟20s后,QF2真空开关分断。同理, 反向行车原理同上。QF1、QF2两台真空开关为27.5KV真空负荷开关,单相工频,额定电流为1000A,开断寿命为3万次,合闸时间为60ms,全分断时间为40ms。因此，接触网无供电死区，无须司机操作，机车上主断路器无须动作，自动切换时接触网中性段瞬间断电时间很短，而且与列车速度无关，可适用0,350km/h范围，对行车中可能出现限速、一度停车等情况均能正常工作。 15 兰州交通大学毕业论文 图3.1.1地面自动转换电分相装置 3.2 柱上式电分相自动转换装置 瑞士AF公司研制的柱上式电分相自动转换装置，主要设备包括真空开关两台，三套分段绝缘器。原理如图3.2.1所示，图中ac段、df段、gi段分别为三组分段绝缘器。L1和L2分别为真空开关A、B的感应线圈。该装置适用于电力机车单弓或多弓通过，多弓时不允许有电气上的连接。真空开关分合时间为15ms，真空开关寿命理论上可达到20万次。目前该装置在瑞士、奥地利及台湾有较成功的运用。9O年代初，福州分局曾从AF公司引进了2组自动过分相装置，安装在鹰厦线杏林至前场区间，以解决机车通过此处高坡地段大幅减速的问题。 图3.2.1 瑞士AF公司柱上自动切换式分相 3.3车上式电分相自动转换装置 车上式电分相自动转换装置，是在电力机车上装设相应的装置，能够实 16 兰州交通大学毕业论文 现无需人为控制就可自动实现过电分相的自动转换。这种车上式自动转换过电分相装置在欧洲得到广泛应用，法国、德国、英国、西班牙等国都是采用这种技术，利用车上断路器的断开和闭合，实现自动转换过电分相。尽管各个国家的总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是相同的，但在实际结构上还是有很大的差别，法国和德国的地面传感采用轨道电路的方式;英国的地面传感器采用电磁方式;西班牙采用在过分相是不降弓，利用机车进入分相区，但未到中性区时发出连续特定信息，通过自动控制系统将机车主断路器断开，但在通过分向区后，必须由司机将主断路器复位，因而还没有实现完全自动转换。车上自动控制断电方案是今后的发展方向。车上切换方式在国内得到了很大发展。除广深、湘黔线上一些区段外，秦沈客运专线及沈阳局的沈阳一大连区段也采用了车上切换方式。根据过分相预告信号来源不同，车上切换方式又有全自动和半自动之分。半自动的过分相预告信号由司机根据地面“断”、“合”标志牌，按“过分相”按钮来提供，其余控制功能与全自动过分相相同。这种半自动方案适合于既有铁路速度在160km,h以下的区段，用于减轻司机劳动强度而又不需增加投入的场合。对于速度200km,h及以上区段必须采用全自动过分相方案。 自动转换系统可有效提高电气化铁道客、货列车在接触网分相处的运行速度，增强电气化铁道的运输能力，为电气化铁道区段实现高速重载和提速改造做出贡献。 图3.3.1 英国车上式电分相自动转换装置。 17 兰州交通大学毕业论文 4 对国内电气化铁路电分相设计和运行管理的建议 综上所述，对电分相绝缘装置的设计和运行管理，建议如下: (1)新线建设或改造，时速为120 km以上的线路采用关节式电分相。 (2)关节式电分相可统一为双五跨绝缘锚段关节(九跨)型式。其中性区长度 为160m，对受电弓间距的限制为是50-270m范围内禁止有两台受电弓升弓 运行。 (3)由于双五跨关节式电分相中性区较长，为避免机车因断电停在中性区，设 计时应注意一是尽量避免设在长大坡道上，二是在绝缘五跨锚段关节上增 设常开隔离开关以备电力机车停在中性区内时使用。 (4) 关节式电分相应尽量避免设在800m以下曲线半径的线路，以提高安全可靠 性。 (5) 增设“重联机车准备降弓”、“重联降”、“重联升”标志，以通知乘 务人员在通过电分相时除断开机车主断路器外，还要通知其后司乘人员 降下受电弓间距不能满足距离要求的后方受电弓。该标志应纳人《铁路 技术管理规程》、《机车操作规程》及《铁路机车运用管理规程》，以 规范管理。 (6) 研制或引进电动车组，应采用单弓受流方式。 (7) 在高速铁路上推行车上自动过电分相转换装置。 (8) 尽快设计适应我国铁路客货列车混跑的现状的以满足电动车组多弓运行 的方案。 18 兰州交通大学毕业论文 参考文献 1(于万聚.高速电气化铁路接触网.成都:西南交通大学出版社，2003 2(铁道部电化局科技信息中心(德国铁路新开发的Re330型高 速接触网[Z](国外高速铁路接触网译文集，1995( 3(张道俊，陶维富.接触网运营检修与管理.北京:中国铁道出版社，2002 (TB10(0D-98)[S](1998( 4(中华人民共和日铁道部(铁路电力牵引供电设计规范(TB10(0D-98)[S](1998( 19 兰州交通大学毕业论文 致 谢 本文是在赵峰、张红生老师的悉心指导下完成的，从课题的选择到论文的最终完成，赵峰、张红生老师自始至终给予精心指导和亲切的关怀，为论文的顺利完成倾注了大量的心血。导师严谨的治学作风和兢兢业业的科研精神及真诚的待人态度给我深刻影响，使我受益匪浅。借此机会，谨向我尊敬的导师表示崇高的敬意和衷心的感谢。 在此还要感谢成教院老师在大学2年里对我们的栽培，以及在这次课题研究中为我们提供最优越的学习环境,让我们在学习中不受外界干扰能够顺利地完成这次论文。在此我向成教院老师表示最衷心的感谢。 20 兰州交通大学毕业论文 21