关于规范接触网关节式电分相设计的建议

关于规范接触网关节式电分相设计的建议 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...2,由于 我国《电力牵引供电 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》目前对关节式电 分相没有统一的设计标准,各... 电力,标准 工业 关于规范接触网关节式电分相设计的建议 一、前言 分相绝缘装置(简称电分相，下同)是25Kv50HZ电气化铁路实现相与相之 间电气隔离必不缺少的设备。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、五跨等双绝缘锚段关节组成的气隙绝缘结构（简称关 节式电分相，下同）。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，在速度不太高的情况（140km/h以下）下能基本满足弓网关系要求，大大减少了施工和维修难度，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，器件式电分相的硬点大成为困扰电 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1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和管 理人员对该问题还未引起足够的重视。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，供参考。 二、目前采用的关节式电分相存在的主要问题 关节式电分相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、四跨和五跨三种形式，跨距长度不同，两个关节的衔接布 置也有多种方式，造成目前存在四跨、五跨、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—图7）。在运行中存在如下弊端： 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 连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。 空气间隙1 空气间隙2 接触网 有两台受电弓的升弓运行的列车 图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 0.50.5 35m35m 图2、哈大线双三跨关节式电分相示意图（四跨） 0.574m 图3、法国东北干线双三跨关节式电分相示意图（五跨） 不小于140m0.5 200?15m 图4、前苏联双三跨关节式电分相示意图（七跨） 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 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 ，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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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的电动车组还不能确定（国外电动车组 0.5~10m~10m无电区全长140(m) 单位：m图5、京广线石桥-临颍双五跨关节式分相示意图（八跨） 支柱9支柱2支柱4支柱10支柱1支柱3支柱6支柱8支柱7支柱5 0.5~50m~10m 中性区160m 270m 图6、哈大线双五跨关节式电分相示意图（九跨，实际长度有差异） ab 0.5~10m~10m~35+a+b(m) 图7、哈大线双五跨关节式电分相示意图（十跨） 470m 225m 图8、马德里--塞维利亚双五跨关节式电分相示意图（十二跨） 运行概况见表一）。随着列车提速后该种分相的大量采用，若不提前对多弓运 行的受电弓间距或者对电动车组受电弓数量车提出要求使二者相匹配，将给 高速电气化铁路的发展带来麻烦。 表一 国外电动车组运行概况 铁路 开通日期 供电型式 每列车受电弓速度（km/h） 数 日本新干线 1964 AC60Hz,25kV 3、6或8 210和240 法国TGV东南1981 AC50Hz,25kV 1或2 270 线 法国TGV大西1989 AC50Hz,25kV 1或2 300 洋线 意大利国铁 1988 DC3000V 2或4 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“2003~2007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200公里，并逐步向其他干线扩展，扩大提速范围”。我国也正计划 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。 三、关于关节式和杆件式电分相选用条件 根据郑州局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，杆件式电分相的硬点平均为接触网的3—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120km/h、140km/h、160km/h时，其硬点分别约为30g、60g、110g，而铁道部规定是?50g(见 文献5)。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。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（见文献1）。 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，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以上的线路采用关节式电分相。 四、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 状态下，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，重量大 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 450-500mm）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--8‰）大于五跨（2—4‰），也远大于接触线坡度不宜大于3‰的标准（文献9），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。 五、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方式（如图5—图8）。从电力机车高速受流角度，分相绝缘装置中性区长度越短越好。图5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根支柱（石桥—临颍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7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8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三种方式结 构上的不足，中性区长度只比图四增加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。 六、关于关节式电分相中性区长度的确定 按照图6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。 文献5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二。 表二 国内电气化铁路800m曲线半径的绝缘转换选用跨距情况 线别 接触线 接触线 最大风速绝缘关节转换跨 类型 张力(kN) (m/s) 距选用值(计算值)(m) 哈大 Ris100 10 30 24-42 10 35 24-40 京郑 CTHA120 13 25 40(53.84) 广深 CTHA120 13 30 40(47.10) 郑武 CT110 10 22 45(56.18) 从表二中可以看出，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。根据表二，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=160(m)。 七、关于关节式电分相对受电弓间距的限制 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 为：在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 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 后方机车司机降下不能满足距离要求 受电弓。《铁道技术管理规程》中有相应的鸣笛通知办法，这里不再赘述。 八、对国内电气化铁路关节式电分相设计和运行管理的建议 综上所述，为规范双五跨锚段关节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120km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：在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。该标志应纳入《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》管理。 6、研制或引进电动车组，应采用单弓受流方式。 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 提要 关节式电分相将成为我国高速电气化铁路的首选型式。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，供 设计和电气化铁路运营单位参考。 关键词 规范 关节式 电分相 设计 建议 作者 班瑞平 贾明汉 张宝奇 吴良治 地址 班瑞平、贾明汉、吴良治：郑州市陇海中路106号郑州铁路局机 务处（邮编 450052） 张宝奇：郑州市南五里堡郑州供电段技术科（邮编 450052） 参考文献 1、 法国25Kv接触网的发展史（上）（下），电气化铁道，1996年第2期、第3期。 2、 接触网，（苏）马克瓦尔特、符拉索夫，中国铁道出版社，1986年。 3、 德国铁路新开发的Re330型高速接触网，国外高速铁路接触网译文集，铁道部电化局科技信息 中心，1995年10月。 4、 欧洲铁路牵引供电系统，国外高速铁路接触网译文集，铁道部电化局科技信息中心，1995年10 月。 5、 既有线提速技术条件（试行），中华人民共和国铁道部，2002年。 6、 广深设计资料（接触网），电气化勘测设计研究院，1993年。 7、 京郑线接触网设计资料，电气化勘测设计研究院，1993年。 8、 郑武线接触网设计资料，电气化勘测设计研究院，1989年。 9、 铁路电力牵引供电设计规范（TB10009-98），中华人民共和国铁道部，1998年。 10、 中华人民共和国铁道部《机车操作规程》，铁运[2000]16号文。 11、 中华人民共和国铁道部《铁路机车运用管理规程》，铁运[2000]7号文。