货运铁路接触网分相掉车问题浅析

徐 平，李东阳

0 引言

近几年我国铁路建设高速发展，截至2020年底，全国铁路运营总里程达14.63万公里，电气化率达到72.8%；由于电力机车相比内燃机车有更强的运力优势，相同规模下电气化铁路的运输能力远超过非电气化铁路，成为现代化铁路的主流类型。我国还约有3.98万公里的非电气化铁路，既有铁路电气化改造也在大规模展开。在既有铁路电气化建设过程中面临现场条件复杂苛刻等影响，给接触网电分相设置带来诸多困难[1]，尤其是单线铁路易造成电分相选址不合理的状况，导致电力机车掉进分相，需要进行改移。由于该问题在前期建设过程中容易被忽略，前期应加强对现场条件调查计算、模拟试验及与路局行车组织对接等，充分论证后确定最终位置。

本文将以北环线、北仑线电力机车掉入分相问题为例，分析电分相选址易出现的问题及原因，并提出解决方案。

1 北环线、北仑线电力机车掉分相状况

根据路局行车状况调查研究发现，北环线宁北 四场—镇海西区间下行线分相、北仑线邱隘—宝幢区间分相存在侧线出发列车掉分相的安全风险。

1.1 北环线宁北四场—镇海西分相设置问题

北环线铁路宁北四场—镇海西区间下行接触网分相位于线路坡度为6.0‰的上坡道，行车要求过分相时最低速度为40 km/h。线路开通后，列车自宁北四场出发侧线控速30 km/h，自宁北二场出发控速25 km/h，通过监控试验发现列车出站控速27 km/h，接触网分相（断电标）距出站信号机490 m左右，如果机车牵引20节车辆，距出站信号机570 m左右，通过行车监控试验发现，按照路局LKJ（列车运行监控装置）运行，车速不满足越过分相断电标的要求，电力机车无法断电越过分相。

1.2 北仑线电力机车掉分相

在接触网热滑试验过程中，按照路局机务部门要求使用试验车辆模拟牵引质量4 000 t列车从车站Ⅲ道发车进入分相区段，试验车辆掉入电分相并由内燃机车拉出。动检试验车辆组模拟4 000 t重载列车自宝幢站Ⅲ道发车经过出站道岔，按照路局LKJ限速要求[2]提速至30 km/h，出道岔后进入分相断电标后速度为3 km/h，机车掉入分相。

2 原因分析

电力机车掉进接触网电分相常见原因：爬坡时列车速度达不到过分相要求的最低速度；司机对电分相位置和提示标牌不熟悉，操作不当，或未在出站信号机距离分相附近提前抢速或手柄回位过早；列车出现故障或自动过分相装置故障；临时限速不满足要求；人为在分相内操作不当导致失电等。

本次试验模拟4 000 t重载列车过分相，全程按照路局LKJ限速要求运行，试验人员和当班司机严格按照行车规程操作，试验进行了两次，均掉进分相，初步确定原因为上坡道时的列车速度不满足过分相的要求。下文进行数据计算和软件模拟。

2.1 数据计算验证

以上两处分相设置地段均为上坡道，电力机车在上坡道地段通过分相绝缘后，从带电启动到有效加载期间速度会有所下降，设机车最低合闸速度为Vh，有效加载后的最低速度为Vj，加速距离为Lj，查阅《列车牵引计算规程》[3，4]、《列车牵引计算实用教程》[5]可知：

式中：Δt为Vh变化到Vj速度所用的时间，取15 s；最低速度Vj取3 km/h；c为机车断电到合闸惰行期间的列车单位合力，N/kN；w0、i分别为车辆惰行期间的单位阻力和轨面坡度千分数；Δs为分相绝缘前的加速距离，m；Vd为最低断电速度[6]，km/h；Vq为列车启动时的速度，取值为0。

按照行车管理要求，一般情况下，电力机车从上坡道点通过分相绝缘到有效加载后速度必须大于3 km/h。列车在上坡道地段以40 km/h的速度可以越过长度不超过300 m的电分相。为计算方便，电力机车断电惰行期间的单位基本阻力w0取0～40 km/h的平均值20 km/h时的单位阻力，重载货车速度20 km/h时w0取1.1；根据设计运行的最大机车牵引性能及牵引质量4 000 t，在6‰及以下上坡道地段分相绝缘前的加速距离Δs取断、合标的距离430 m。数据代入计算式计算可得6‰坡度情况下最低断电速度Vd= 24 km/h，在分相绝缘前停车再启动时的加速距离[6]Lj= 971 m。

2.2 采用软件计算模拟试验

2.2.1 北环线宁北货场—镇海西下行线分相

宁北货场—镇海西下行分相里程为K2+819—K3+099，中心里程位于K2+959。分相设置于距离宁北货场最外道岔（406#道岔）800 m处，线路坡度6‰。按宁北四场出发控速30 km/h，宁波二场出发控速25 km/h进入分相无电区进行行车检算。列车类型：HXD3单机牵引4 000 t货物列车。

正常情况下，电力机车通过分相采用过分相地面磁感应器通过方式，此时采用手动过分相方式。磁感应器通过分相断合点之间的距离为430 m，手动过分相断合点之间的距离为250 m。磁感应器设置位置如图1所示。

图1 接触网电分相地面磁感应器位置示意图

按不利情况，即采用地面磁感应器通过方式进行检算。按机车进入“预告断”断电，进入“恢复信号1”合电，入口速度按30、25、22 km/h进行检算，电力机车进出分相速度如表1所示。

表1 北环线电力机车进出分相速度

2.2.2 北仑线邱隘—宝幢区间分相

邱隘—宝幢区间分相里程为DK163+308.56—DK163+488.76，中心里程位于DK163+406.66。分相设置于距离宝幢站最外道岔（406#道岔）940 m处，线路坡度5.9‰。宝幢站内站线均采用12号道岔，设计侧向最高通过速度50 km/h，现场LKJ控速30 km/h。本次按车辆从宝幢站停车后发车进行行车检算。列车类型：HXD3单机牵引4 000 t货物列车。按控速45、30、25 km/h进行检算，电力机车进出分相速度如表2所示。

表2 北仑线电力机车进出分相速度

过分相建议：（1）对司机进行专项培训，从宝幢出站后控速不宜过低，尽量按要求控速上限运行。（2）宝幢站内均为12号道岔，设计侧向最高通过速度50 km/h，现场LKJ控速较低，仅30 km/h，建议提高宝幢站出发控速，以利于机车通过分相无电区。

3 改造方案

3.1 宁北货场—镇海西区间下行线分相改造

表3所示为宁北货场出站后线路坡道情况。结合既有锚段关节位置，建议改移分相里程为DK7+ 057—DK7+253，中心里程DK7+155，线路坡度1.2‰（上坡）。改移分相后进行行车检算，列车类型同前。电力机车进出分相速度如表4所示（按控速25 km/h检算）。

表3 宁北货场出站后线路坡道情况 m

表4 北环线分相改造后电力机车进出分相速度

3.2 邱隘—宝幢区间分相改造

3.2.1 方案1 对宝幢站侧线进行控速

宝幢站内站线均采用12号道岔，设计侧向最高通过速度50 km/h，现场LKJ控速30 km/h，建议将侧线控速LKJ数据调整为设计最高通过速度45 km/h（考虑一定安全裕量）。根据行车检算，满足列车正常通过分相条件。

3.2.2 方案2 分相改移方案

邱隘、宝幢站中心间距仅5.79 km，区间均为桥梁且基本为连续坡道。考虑将分相向宝幢—大碶区间改移。宝幢—大碶区间线路坡度情况见表5。

表5 宝幢—大碶区间线路坡度情况

结合既有锚段关节位置，建议改移分相里程为K168+856—K169+017，中心里程为K168+936，线路坡度4.8‰（下坡）。对分相改移按控速45、30 km/h进行行车检算，计算条件同前。电力机车进出分相速度如表6所示。

表6 北仑线分相改造后电力机车进出分相速度

完成上述改造后，重载电力机车可顺利通过分相区。

4 结语

接触网电分相是接触网的重要组成部分，其位置选取不仅影响供电臂供电性能，还影响列车运行，选址不合理可能造成行车事故。在确定分相布置位置时需同时考虑供电臂性能、路局行车组织和现场线路坡度情况、车站信号机及道岔等影响因素，尤其对于既有线电气化改造，更要充分调研现场条件和既有LKJ数据情况，以避免电分相选址不合理引起列车掉分相情况发生。