客运专线电分相锚段关节形式的比较分析

梁艳明，赵晓娜，刘京童，李 康，陈小峰，孙宝磊，赵军亮

0 前言

为适应高速铁路的弓网受流，2005 年国内颁布的《新建时速200 公里客货共线铁路设计暂行规定》中规定：时速200 km 以上接触网的电分相均采用带中性段的绝缘锚段关节式电分相。电分相锚段关节在设计上都必须满足以下几个最基本要求：保证受电弓的平滑过渡；每个断口（空气绝缘间隙）必须能满足相间绝缘要求；断口间距应与机车受电弓间距满足一定的配合关系，即有2 个断口电分相锚段关节（含3 个断口除外）的间距≠重联或大编组动车组允许同时升起的2 个受电弓间的距离，防止2 个受电弓同时将2 个断口短接造成相间短路；设置位置符合线路坡度及距信号机距离要求。

在目前国内已投运的客运专线上均采用带中性段的绝缘锚段关节式电分相，其形式主要有六跨、八跨、十二跨等。每一种形式在设计中均能满足电分相锚段关节基本要求，但在实际应用中又存在一些问题。为推进国内接触网标准化工作进程，提高运营管理效率，下面从供电调度员的视角对目前客运专线上运用的几种典型的电分相式锚段关节的优劣进行比较分析，希望能对客运专线接触网电分相设计提供借鉴。

1 双断口十二跨电分相锚段关节

目前京津城际铁路采用的是十二（三）跨的长分相设计模式，即电分相无电区长度大于双弓间距。按照重联动车组受电弓前后车都升前弓或前后车都升后弓的运行方式，双弓间距为200～215 m，无电区长度约为220 m。动车组断电过分相，地面信号采用点式应答器方式。双弓运行时动车组断电滑行距离在800 m 以上，滑行时间约为10 s（300 km/h 速度下），速度损失很大。其分相示意图如图1。

图1 十二跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

京津城际铁路锚段关节式电分相的设计优势在于它对2 个断口（空气绝缘间隙）都加装了网上隔离开关（以下简称网隔）。在实际运行中发现该双断口双网隔的设计使越区供电非常方便：

（1）牵引变电所一边供电臂失电需越区供电时，可用同一变电所的1#、2#馈线与3#、4#馈线相互越区供电，而不需调整保护定值（因为馈线的主保护为阻抗保护）。

（2）需要跨越分区所越区供电时，分区所内的越区隔离开关与分区所接触网分相的网上隔离开关互为备用，确保越区供电的成功。

（3）当需要采用越区法处理动车停于无电区故障时方便快捷，供电调度员通过远动系统在几分钟左右即可完成。

但该长分相也会对运行产生诸多不利，主要有以下几方面：

（1）无电区过长使动车在运行过程中速度损失严重。

（2）增加了机车停于无电区事件的发生概率。据统计，2009 年京津城际铁路累计发生了12 次动车停于分相无电区事件。虽然多数是由ATP 故障引起，但无电区距离过长（机车不能取流的等效无电区在300 m 以上）也是一个主要原因。

（3）限制运行方式。不能满足重联动车组前车升前弓+后车升后弓的运行方式（2 个受电弓的距离在250 m 以上，有同时短接2 个断口的可能），而且每一列8 辆编组动车组设计2 个受电弓是为了互为备用，在重联运行时除了前车升后弓+后车升前弓的方式是由于受电弓间距小于200 m 不能采用外，其他3 种方式（前后车都升前弓、前后车都升后弓、前车升前弓+后车升后弓）均应能灵活运用。在某种特定条件下，如果恰好重联动车组前车的后弓与后车的前弓同时故障，重联动车组还不能双弓运行，有违设计初衷。

2 双中性段三断口八跨电分相锚段关节

双中性段三断口八跨电分相锚段关节形式是为解决客货混跑电力机车受电弓多弓运行条件限制，特从意大利罗马—那不勒斯（Rome—Naples）高速电气化铁道设计中引进的。它实际上是由3 个连续的绝缘锚段关节组成，有2 个中性段，3 个断口。无电区长度约98 m，中性区长度为285 m。动车组断电过分相，断电滑行距离约528 m，滑行时间约为7 s（300 km/h 速度下），速度损失也较大。该电分相锚段关节可以适应于无高压母线连接的任意双弓间距运行。目前已在国内石太、武广等客运专线上采用。示意图如图2 所示。

该电分相锚段关节有以下优点：

（1）解决了受电弓间距的制约问题。

（2）如果发生动车停于无电区内，“有可能”在两侧馈线不停电的情况下将动车救援出无电区。

图2 八跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

但在实际运行中也有诸多不便：

（1）越区供电不灵活。因为它有3 个断口，但一般只装2 台网隔，所以无法通过它完成越区工作，使得同一变电所两侧供电臂不能互越（1#、3#馈线间与2#、4#馈线间）。另外，更为重要的是：当需要跨分区所越区供电而恰好分区所远动操作失灵时，会给运行带来极为不利的影响。因为分区所多为无人值守，且离检修工区较远，所以唯一的解决方法只能是等人员赶到分区所进行当地操作。如果天气不好汽车无法到达现场，还需调用综合检修作业车，情况会变得相当复杂。

（2）动车停于无电区时救援更加复杂。该3断口电分相虽说可在两侧馈线不停电的情况下通过网隔操作将动车救出无电区，但实际操作过程复杂，对运输的影响更为不利。一旦动车停于无电区，首先要通过列调令动车降弓，相关的2 条供电臂所有动车都降弓，2 条供电臂退出并联。然后令停于无电区的动车司机下车确认受电弓的位置，如果受电弓升起后的接触点位于危险区（如图3 所示）之外，则可通过合前方网隔让动车前进，或合后方网隔让动车向后退出无电区。但如果受电弓与接触线的接触点恰好在危险区内，则须调用其它机车将其拖出无电区。为便于说明问题现将图2 阴影部分的立面图放大绘制如图3。

如受电弓恰好在图3 所示A 点，升弓后受电弓受力在虚线中性段，而与实线中性段虚接。合上W2后机车同样会检测到网压正常，如果机车此时合主断路器启动，较大的启动电流会引起拉弧。加之此时受电弓滑板与接触线相对移动速度较慢，电弧热量在局部积累，可能烧损接触线而后果严重。

图3 八跨电分相中心部分立面图

由此可知：动车司机下车确认受电弓位置，列车调度协调联系，供电调度进行判断，该过程即复杂又耗时，而且如果受电弓就在危险区内，则以上所做的工作均是徒劳的。而京津城际铁路的双断口双网隔分相在该情况下只需降弓、解环、断开两侧电源然后用网隔越区即可，既简单又快捷。

3 双断口六跨电分相锚段关节

双断口六跨电分相是借鉴法国高速铁路的一种短分相设计模式，即双弓间距大于中性区的长度。其有2 个断口，但只在运行方向上装设1 台网隔。无电区约22 m，等效无电区约35 m，中性区的距离小于190 m。动车组断电过电分相，地面信号采用点式应答器方式，双弓运行时动车组断电滑行距离在400 m 以上，滑行时间约5 s（300 km/h速度下），速度损失最小。目前在国内合武客运专线等线路上大量采用。示意图如图4 所示。

图4 六跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

该短分相模式的优点是：动车断电滑行距离短，速度损失小；无电区短，较少发生动车停于无电区故障；对动车组的升弓方式制约小。其不足之处是：2 个断口只装设1 台网隔，制约了越区供电的灵活性，它的设计初衷可能是防止2 个断口都装设网隔，一旦同时误合会造成相间断路，其实只需将2 台网隔加装电气闭锁，将解锁权留到调度端即可；救援方式复杂，当动车停于无电区时也需要动车司机下车确认受电弓不在危险区（靠近分相内未装网隔侧接触线与中性线转换处）内，方可采用合网隔的方式救援，由于其无电区较短，一旦发生动车带电过分相，则高速通过的受电弓将电弧拉长，可能通过电弧造成相间短路。

4 综合分析

2009 年10 月1 日起施行的铁道部TG/03-2009规定：200～250 km/h 客运专线接触网分相装置应采用带中性段的空气间隙的锚段关节形式。中性段长度应小于200 m 或无电区长度大于220 m。这是指电分相锚段关节设计的2 种主要模式：短分相设计模式（受电弓间距离大于中性段的长度）和长相设计模式（受电弓间距离小于电分相无电区的长度）。此外，还有以上提到的3 个断口设计模式。

长分相设计模式主要适用于不断电自动过电分相技术。如日本新干线采用的地面开关站切换方式，预留一个较长的中性段以保证列车高速通过时能可靠完成机车位置判定及电源切换等工作。无电区长度不影响断电时间间隔（约0.1～0.15 s）。该不断电自动过电分相技术目前在国内还不是很成熟，其所需投资庞大，技术较高。因此长分相设计模式在京津城际铁路之后的其他客运专线接触网设计中均未被再次采用。

短分相设计模式则更适用于地面感应车载自动断电过分相技术。国内已投运的客运专线基本均采用地面感应车载自动断电过分相技术。它是一种比较适合国内当前现实的动车过分相技术，它投资小、维护方便、可靠度和安全性较高，且可预留一个合适的时限完成电源切换工作，从而避免瞬间换相对机车电路及牵引网保护提出的更高技术要求。而短分相模式是与之相适应的较为合理的分相设计模式，它可以长效提高列车运行速度、节约能源、方便调度运维。同时应借鉴京津城际铁路的双断口双网隔模式，在分相的2 个断口装设2 台网隔并进行电气闭锁，以利于越区供电的灵活性。因为越区供电对提高牵引供电可靠性有着非常重要的意义。

至于双中性段三断口八跨电分相锚段关节主要是出于多弓运行来考虑的。但高速铁路要求双弓间距不能太近，否则后弓的闪弧会对接触线造成伤害，影响受流质量。目前国内客运专线弓网受流质量评价标准引用了欧洲TSI 标准，允许双弓间最小距离200 m。所以客货混跑及多弓运行问题应通过技术管理规定或行车组织规定等方法加以解决。该电分相由于其断电滑行距离较长且存在上述不利运行的因素（如果在3 个断口都加装网隔的话，则每个电分相上下行就需要6 台网隔，这样既增加了投资，同时也增加了操作难度及故障概率），因此在今后的客运专线接触网设计中不建议继续采用。

综上所述，电分相锚段关节在设计上除了要满足最基本要求外，还应满足：

（1）电分相锚段关节的设计模式必须与所采用的动车过电分相技术相适应。

（2）通过电分相锚段关节的网隔应能完成越区供电，以提高越区供电的灵活性及牵引供电的可靠性。

示意图如图5。

图5 七跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

在目前国内采用地面感应车载自动断电过分相技术的条件下，应采用短分相设计模式，即采用七跨双断口双网隔电分相锚段关节，将上述六跨电分相锚段关节的等效无电区距离再延长一个跨距，以避免地面感应车载自动断电系统故障，发生动车带电过分相时高速运行的受电弓拉长电弧将异相短接。同时在分相的2 个断口都加装网隔，并进行电气闭锁，以利于越区供电。

5 结束语

当前，为满足快速增长的旅客运输需要，各条客运专线快速上马，3 个城际快速客运系统及“四纵四横”快速客运主通道正在形成。中国高速铁路技术也进入了一个从博采众长、消化吸收到自成体系、自主创新的关键阶段。这也对每位从事牵引供电运维人员提出了全新挑战。自动过电分相技术是高速铁路牵引供电系统关键技术之一。只有通过不同形式的电分相锚段关节在客运专线运营效果的总结，才能找到适合的最佳设计方案，逐步形成具有中国特色的高速铁路接触网设计标准体系。

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

[2] 新建时速200 公里客货共线铁路设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[3] 鞠静梅.高速电气化铁路的接触网电分相形式探讨[A].铁道标准设计，2007，（9）.

[4] 丁为民.三断口式接触网电分相装置原理及其应用[J].电气化铁道，2007，（4）.