关节式电分相承力索烧损解决方案

米泽辉，谢润明，陈明航，陈 平，覃运江，邵俊东

关节式电分相承力索烧损解决方案

米泽辉，谢润明，陈明航，陈 平，覃运江，邵俊东

分析了关节式电分相承力索烧损的主要原因，提出了防止烧损承力索的解决方案，包括安装车载断电自动过分相装置、RC保护装置、避雷器、保护条与电连接线，重视关节式电分相参数的检调，加强关节式电分相巡视。运行情况表明安装车载断电自动转换分相装置能有效防止关节式电分相承力索烧损，仿真结果表明安装RC保护装置可以有效抑制过电压。

关节式电分相；承力索；烧损

0 引言

器件式电分相相比于锚段关节式电分相结构更简单，但容易形成硬点及打碰弓，不利于高速行车。锚段关节式电分相利于高速行车，但在运行过程中，锚段关节式电分相频繁发生烧损承力索并跳闸故障，严重危及行车与设备安全运行[1]。

1 七跨锚段关节式电分相结构

沪蓉线（遂成段）积金南—淮口南区间下行线高板七跨锚段关节式电分相示意如图1所示。

参见图1，七跨锚段关节式电分相共有7个跨距，在这7个跨距中，加入1根7跨长的中性嵌入线，中性嵌入线要保证在中间 5个跨距（815#～825#）内是绝缘的，形成2个四跨绝缘锚段关节。中性嵌入线从817#支柱起变为工作支，到823#支柱后变为非工作支，其中有3个跨距（817#～823#）处于工作状态，大概保证长150 m的中性区（即无电区）。过电分相方式为车载断电自动过分相，在通过分相区段以前，电力机车要切断内部的主断路器，靠惯性通过中性区，通过中性区后又闭合内部的主断路器[1，2]。

在沪蓉线（遂成段）积金南—淮口南区间下行线高板七跨锚段关节式电分相处，当SS3电力机车、SS7电力机车与和谐号货车通过七跨锚段关节式电分相中性区段时，有可能发生承力索烧损现象，沪蓉线（遂成段）在2011年7月15日和2012年1月4日发生2起烧损承力索事故。

图1 七跨锚段关节式电分相示意图

2 承力索烧损原因分析

电力机车在通过七跨锚段关节式电分相区段以前有一段长1 644.73 m、曲线半径为5 500 m的弯道，由于线路上有普速客车、动车与货车混合运行，有的电力机车没有安装车载断电自动过分相装置，断开断路器靠人工操作，如果电力机车司机在通过关节式电分相时没有断开断路器而将电力机车驶入中性区，有可能使无电区与有电区之间产生电弧，烧损承力索[2]。

3 承力索烧损解决方案

3.1 安装车载断电自动过分相装置

车载断电自动过分相装置由地面感应器、车载感应接收装置、主电路设备与控制设备组成。在关节式电分相区域中的相应位置安装地面感应装置，可以准确提供电力机车过分相时的位置信息。在电力机车上安装车载感应接收装置能接收地感信息。主电路设备专门实现过分相时断开、分合电路电源。控制设备根据主断路器的工作状态、机车运行速度、方向和位置自动控制机车通过分相[3]。

运行情况表明，安装车载断电自动过分相装置后，电力机车在通过关节式电分相以前自动断开断路器，七跨锚段关节式电分相承力索烧损现象得到改善[2]。

3.2 安装RC保护装置

由于中性线与供电臂的耦合作用，中性线有感应电压，其值为[5]

中性线电压主要取决于电源相角差，其值能达到10～12 kV，增加中性段与接触网之间的距离能减小中性线电压，但作用有限[8]。

电力机车断电后进入关节式电分相之前的关节式电分相等效电路见图2[5]。

图2 关节式电分相等效电路图

图2中，Ua和Ub分别为供电变压器电压，RS和LS分别为牵引变压器的电阻和电感，R1和L1分别为线路等效电阻和电感，R2和L2分别为中性线等效电阻和电感，R和L分别为高压电压互感器的电感和电阻，C为受电弓对地电容，C2为中性线对地电容，C12和 C22为带电接触网与中性线对地电容。

电力机车进入关节式电分相过程中，受电弓与中性线接触时中性线电压为[6]

电力机车进入关节式电分相时，中性线电压最大值与接触网电压相位角有关，可能达到 60～70 kV[6]。

电力机车顺利通过无电区后，受电弓与接触网供电臂再次接触时中性线电压为[6]

与电力机车进入关节式电分相的过程类似，在其离开关节式电分相，受电弓与接触网接触时，中性线电压最大值与接触网供电的相位角以及中性线上原有的电压值有关，能达到60～70 kV[6]。

可以将RC保护装置连接到关节式电分相的中性线上，抑制电力机车通过关节式电分相过程中产生的过电压。通过仿真，可得电力机车进入关节式电分相过程中，在φ = 260°时，中性线上的电压出现最大值，图3为安装RC保护装置前后中性线电压仿真波形[6]。

图3 电力机车进入关节式电分相过程中中性线电压波行图

图3 a中电压最大值为49.156 kV，图3 b中电压最大值为39.152 kV，可见安装RC保护装置后电压最大值降低 20.35%，抑制电力机车通过关节式电分相过程中产生的过电压效果明显。

电力机车离开中性段过程中，受电弓与接触网供电臂再次接触，在φ = 270°时，中性线上的电压出现最大值，安装RC保护装置前后中性线电压仿真波形如图4所示[6]。

图4 电力机车离开中性段过程中中性线电压波形图

图4 a中电压最大值为59.014 kV，图4 b中电压最大值为40.286 kV，可见安装RC保护装置后电压最大值降低 31.73%，抑制电力机车通过关节式电分相过程中产生的过电压效果明显。

在电力机车高压互感器一次侧上加装RC保护装置同样可以抑制谐振的发生，加装开关来控制保护装置的接入时间，保证电力机车的顺利运行。通过仿真，可得电力机车进入关节式电分相过程中，在φ = 260°时，中性线上的电压出现最大值，电力机车高压互感器一次侧上加装保护装置后中性线电压仿真波形如图5 a所示[6]。

图5 安装RC保护装置后中性线电压波形图

图5 a中电压最大值为39.153 kV，由图3a与图5a可见电力机车高压互感器一次侧上加装保护装置后电压最大值降低 20.34%，抑制电力机车通过关节式电分相过程中产生的过电压效果明显。

电力机车出关节式电分相过程中，在φ = 270°时，中性线上的电压出现最大值，电力机车高压互感器一次侧上加装保护装置后中性线电压仿真波形如图5 b所示[6]。

图5 b中电压最大值为40.461 kV，由图4a与图5b可见电力机车高压互感器一次侧上加装保护装置后电压最大值降低 31.44%，抑制电力机车通过关节式电分相过程中产生的过电压效果明显。

3.3 安装避雷器、保护条与电连接线

在电分相中性区安装氧化锌避雷器，利用氧化锌避雷器的吸收性能，可以抑制过电压[8]。

在有电区与无电区转换区段内承力索需安装不低于8 m的保护条，如果发生拉弧，让电弧燃烧保护条，进而保护承力索[7]。

在电分相两端第一吊弦内侧各装设 1组横向电连接线，可以保证电气回路的畅通和电分相末端电压[2]。

3.4 重视关节式电分相参数的检调

在检调七跨锚段关节式电分相时，导线坡度偏大，有可能引起受电弓离线，进而产生拉弧。加强导线坡度调整，导线坡度应不大于2‰，坡度变化率不大于1‰，可以明显改善受电弓的运行状态，减少因离线造成的拉弧，降低电弧过电压发生概率。

定位器坡度偏小可能产生硬点，引起拉弧。重点检调定位器坡度，定位器坡度保证在1/10～1/5，避免因硬点产生拉弧。

中心柱两侧承力索及吊弦水平间距一般控制在450 mm左右，中心柱结构高度在1.4 m左右。由于电力机车受电弓快速通过电分相时必将引起承力索振动，吊弦在抬升力的作用下也会松弛，这样线索整体摆动量加大，线索间、吊弦间、线索与吊弦间水平距离缩小，极易造成弧光过电压并可能成为电弧长燃的维持通道，电弧直径可达到1.7 m，进而烧损线索、吊弦。可以适当增加七跨锚段关节式电分相内接触网的结构高度，保证在1.7 m以上。使用可调式绝缘吊弦，减少燃弧通道[2,9]。

3.5 加强七跨锚段关节式电分相巡视

由于在两侧变电所未发生跳闸的情况下也有可能会发生电分相悬挂烧伤，所以对关节式电分相要重点巡视，尤其检查磁枕。地感器磁感应强度≥40 Gs，最低有效值36 Gs（1mT = 10 Gs），年衰减量＜8‰，工作温度≤80℃。

4 结语

综上所述，七跨锚段关节式电分相发生承力索烧损的主要原因为电力机车通过关节式电分相时，电力机车没有断开断路器，产生电弧。解决关节式电分相承力索烧损的方案有安装车载断电自动过分相装置、RC保护装置、避雷器、保护条与电连接线，重视参数检调，加强巡视。运行情况表明安装车载断电自动转换分相装置后，关节式电分相承力索烧损现象得到改善。仿真结果表明安装RC保护装置抑制过电压效果明显。只有多种措施并用，才能有效防止承力索烧损故障的发生，提高关节式电分相的安全运行性能。

[1] 李伟.接触网基础知识（2版）[M].北京：中国铁道出版社，2013：139-149.

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[9] 张红森.电气化铁道接触网关节式电分相运营问题分析[J]. 西铁科技，2006，（3）：9-10.

The paper analyzes the major causes of burning out of messenger wire at articulated neutral section, puts forward the resolution scheme for prevention of burning out of messenger wire by installation of on-board device for power off automatic passing through neutral section, RC protection device, lightning arrestor, protection strip and electric connection wire, paying attentions to inspection and calibration of articulated neutral section parameters and strengthening patrol on articulated neutral section. The simulation results show that installation of RC protection device is able to control the overvoltage effectively.

Articulated neutral section; messenger wire; burning out

U225.4+7

：B

：1007-936X(2015)04-0017-04

2014-12-05

米泽辉.成都铁路局成都供电段，助理工程师，电话：15208204825；

谢润明，陈明航，陈 平，覃运江，邵俊东.成都铁路局成都供电段。