高速铁路接触网电分相设计

范海江，张曼华，侯震宇

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

在不同相序分界、不同运营线路分界处应设置分相装置。电气化铁路电力机车采用单相供电，为平衡电力系统各相负荷，牵引供电一般实行三相电源相序轮换供电，为此需要将不同相接触网进行电气隔离以避免短路，即所谓的电分相。我国高速铁路电分相一般设置在牵引变电所出口处及供电臂末端、铁路局分界处，主要由接触网部分、车载装置、地面信号装置等组成。我国高速铁路电分相均采用两断口锚段关节式电分相形式。

2 高速铁路动车组受电弓配置

2.1 受电弓尺寸

目前，高速铁路上线运行动车组型号为CRH1、CRH2、CRH3、CRH5，均配置 2 个受电弓，受电弓长度为1 950 mm，受电弓工作宽度为1 450 mm，受电弓静态接触压力为(70±15)N［1］。受电弓尺寸示意见图1。

图1 受电弓尺寸示意(单位:mm)

对于两列动车组联挂升双弓运行时，两弓间距不小于190 m。两受电弓电气独立，没有高压母线联通。

2.2 受电弓配置及弓间距

目前，国内主要动车组车型及其上配置的受电弓安装位置及间距见表1，动车组双列重联时的升弓模式及间距见表2。

表1 国内动车组主要参数

表2 国内4种动车组双列重联弓间距汇总

根据《铁路客运专线技术管理办法》(300～350 km/h部分)第174条规定，两列动车组重联时各升一架受电弓运行，采用前后车均升前弓或前后车均升后弓的方式。根据表2，工作受电弓间距为200～215 m［2］。

3 高速铁路弓间距与接触网分相设置

双弓无高压母线连接时，任意两受电弓之间的距离L应小于无电区的长度D'或大于中性段的长度D(图 2、图3)。

图2 双弓间有高压母线连接过分相示意

4 我国高速铁路电分相采用的形式

我国高速铁路目前接触网电分相设计方案主要有长分相和短分相两种形式，具体形式如下。

图3 双弓间无高压母线连接过分相示意

4.1 长分相(无电区长度大于双弓间距方案)

接触网电分相由2个5跨绝缘锚段关节加2(或3)跨中间柱装配构成，为 12(或 13)跨形式［2～8］，按满足双列重联动车组正常工作双弓弓间距200～215 m设计，接触网电分相无电区长度大于220 m;京津城际高速铁路采用的12(或13)跨形式电分相形式、郑西客专采用的16跨形式电分相按此原则设计。设计方案如图4所示。

4.1.1 适应性

适应动车双列重联双弓在弓间距小于215 m的情况。

图4 12(或13)跨形式电分相形式

4.1.2 优点

(1)在动车双列重联弓间距小于215 m时，可满足双弓间有无高压母线连接的要求。

(2)我国高速铁路锚段关节一般采用5跨关节。分相处也采用5跨关节时，可保证全线标准统一。

(3)不存在悬挂三支接触网情况，调整及运营维护工作量小。

(4)高速形式区段由于中性段较长，经过中性段时受电弓拉弧无法将两相电短接。

4.1.3 缺点

(1)供电线距离较长，增加工程费用。

(2)无电区较长，在列车驶过时，对速度有一定影响。

(3)对于初始速度较低时，存在动车组停在无电区的风险。

4.2 短分相(中性段长度小于受电弓双弓间距方案(6跨分相))

接触网短分相由2个4跨绝缘锚段关节重叠2跨构成，为6跨形式［2～8］，按满足双列重联动车组正常工作双弓弓间距200～215 m设计，中性段长度小于200 m、无电区长度约30 m。武广客专部分区段、哈大客专、京石客专、郑武客专部分区段等客运专线按此设计。设计方案如图5所示。

4.2.1 适应性

适应动车双列重联双弓无母线连接。

4.2.2 优点

(1)受电弓断电时间少，列车速度基本不受影响。

(2)供电线长度较少，相应减小了工程投资。

(3)对于坡度较大、初始速度较低时，动车组停在无电区的风险较小。

4.2.3 缺点

(1)中间支柱需要安装3套腕臂来分别悬挂3支接触悬挂，使安装调整比较复杂，且需要双支柱实现。

(2)若本线关节均用5跨方式，则仅在分相处采用4跨方式，不利于今后的运营维护。

图5 6跨形式电分相形式(单位:mm)

(3)由于无电区较短，高速区段存在由于受电弓拉弧将两相电短接风险。

(4)4跨关节对于接触线张力采用30 kN来说，经过计算接触线抬高500 mm相当困难，不利于施工调整［9～10］。

4.3 2种分相形式比较(表3)

表3 高速铁路接触网电分相比较

5 高速铁路设置位置要求

高速铁路电分相应设在进站信号机500 m以外并应经行车、信号、供电等专业检算确认，应尽量避免设在变坡点、大电流和加速区段，有条件时应尽量设在6‰及以下坡度区段。对于一般的高速区间而言，时速250 km以上动车组通过分相后的速度损失非常有限，根据行车检算结果看，一般速度损失在15 km/h左右，因此，不应只将6‰的坡度作为判断分相设置是否合适的标准。

6 结论

(1)当接触网电分相只能设在枢纽地区车站出站等速度较低区段，考虑动车组过分相速度损失较大或进入分相时的初始速度较低，存在动车组停在无电区的风险，并且速度较低受电弓拉弧产生的相间短接故障可能性极小。对于上述特殊工点，接触网电分相的无电区应尽可能小，采用中性段长度小于双弓间距的短中性段电分相方案，即由2个4跨绝缘锚段关节构成的6跨锚段关节电分相形式。

(2)当接触网电分相位于高速通过正线区间时，为避免由于速度过高(时速200 km以上)，由于受电弓拉弧造成相间短路情况发生，应采用长分相设计，即由两5跨绝缘锚段关节加2(或3)跨中间柱装配构成的12(或13)跨形式。

电分相的设计应结合现场实际情况，各专业综合协调确定，不可以偏概全，采用那种分相形式也应具体情况具体分析，灵活选用，忌生搬硬套，强求统一。

［1］TB10621—2009 高速铁路设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］铁道部.铁科技［2009］212号 铁路客运专线技术管理办法(试行)［S］.

［3］铁鉴函［2005］485号 电气化接触网电分相与进口动车组受电弓配合相关问题［Z］.北京:铁道部工程设计鉴定中心，2005.

［4］朱学辉，陈玉泉，张虎年，等.关节式电分相线索烧损原因及防范措施［J］.电气化铁道，2007(4).

［5］刘明光，路延安，魏宏伟，等.关节式电分相过电压试验研究［J］.电气化铁道，2007(4).

［6］孙书贝.适用于动车组的空气绝缘电分相探讨［J］.电气化铁道，2007(5).

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

［8］班瑞平，贾明汉，吴良治，等.关于规范接触网关节式电分相设计的建议［J］.铁道机车车辆，2004(5).

［9］中华人民共和国铁道部.TB/T 2809—2005 电气化铁道用铜及铜合金接触线［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［10］中华人民共和国铁道部.TB/T 3111—2005 电气化铁道用铜及铜合金绞线［S］.北京:中国铁道出版社，2005.