避免多组连挂电力机车短接分相之探讨

周建武

(太原铁路局　供电处， 山西太原 030013)



避免多组连挂电力机车短接分相之探讨

周建武

(太原铁路局供电处， 山西太原 030013)

针对目前新建线路采用的分相多为关节式，而既有120km/h以上线路采用的分相也是关节式，但如果多组连挂电力机车升弓通过时则可能出现短接分相，造成系统短路的现象，为了避免该种问题的出现，进行定量的分析，并采取针对性措施消除该问题。

避免； 连挂； 短接； 探讨

目前新建线路及120 km/h以上线路采用的分相多为关节式分相，电力机车或电力动车组通过关节式分相时可能出现的非正常现象主要有4种：(1)不断电通过分相将接触网烧伤；(2)高压电缆相通的两组受电弓通过高压母线将分相两端供电臂短路；(3)两个及以上受电弓同时将分相中性区段与两端带电侧的接触网连通后造成分相两端供电臂短路；(4)电力机车停于分相无电区等情况。

本文主要就上述第3种情况“两个及以上受电弓同时将分相中性区段与两端带电侧的接触网连通后造成分相两端供电臂短路”进行分析，并采取针对性措施。

1　现场情况分析

主要在多个电力机车连挂通过关节式分相时出现“多个受电弓将中性区段与两端带电侧的接触网连通后造成分相两端供电臂短路”

目前现场的关节式分相主要有3种：六跨关节式、七跨关节式和八跨关节式，先以六跨关节式分相为例说明：

1.1六跨关节式分相

六跨关节式分相示意图如图1，其中B1、B2柱为中心柱，如多个电力机车连挂运行，其中两个受电弓正好在B1、B2附近时，会通过连通中性段将分相两侧的两个供电臂短路，造成系统短路，影响前后两个供电臂的正常行车。那么该范围有多大呢？

图1　六跨关节式分相示意图

我们对C1柱、B1柱和A柱进行分析，C1柱、B1柱和A柱及其对应的各部参数示意如图2。

图2　C1柱、B1柱和A柱及其对应的各部参数示意图

由于电力机车在行驶过程中会对工作支接触线抬高，这样在B1、B2柱附近的一定范围内均会出现上述现象。根据普速线路受电弓动态抬升量的规定：120 km/h及以下区段，受电弓动态抬升量为100 mm；120～160 km/h区段，受电弓动态抬升量为120 mm；200 km/h区段，(导线高度为6 m时)受电弓动态抬升量为160 mm；200～250 km/h区段，受电弓动态抬升量暂按200 mm；

(1) 在120 km/h速度及以下区段时

受电弓的动态抬升量100 mm，根据棒-棒空气间隙的交流平均击穿场强为Ea≈4.8 kV/cm,25 kV电压下空气间隙保留70 mm才不会被击穿。这样，当受电弓通过时工作支与非工作支不会通过受电弓滑板造成短接所应有的安全距离应≥170 mm。

考虑接触网参数施工误差，需要对上述距离增加20%的安全系数，同时B1柱前后均比照较长的考虑，则安全距离为16.63×1.2=19.956 m≈20 m。

所以当受电弓在距离B柱前后20 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

同样在B2柱前后20 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

由此得出结论：在120 km/h速度及以下区段，电力机车通过六跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×2-20-20=50(m)，最大距离为45×2+20+20=130(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在50～130 m的范围内时存在系统短路的危险。即危险距离50～130 m。

(2) 在120～160 km/h速度区段时

受电弓通过时工作支与非工作支不会通过受电弓滑板造成短接所应有的安全距离应≥190 mm。

考虑接触网参数施工误差，需要对上述距离增加20%的安全系数，同时B1柱前后均比照较长的考虑，则安全距离为18.59×1.2=22.3 m≈23 m。

所以当受电弓在距离B柱前后23 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

同样在B2柱前后23 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

由此得出结论：在120～160 km/h速度区段，电力机车通过六跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×2-23-23=44(m)，最大距离为45×2+23+23=136(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在44～136 m的范围内时就存在系统短路的危险。即危险距离44～136 m。

(3) 在160～200 km/h速度区段时

受电弓通过时工作支与非工作支不会通过受电弓滑板造成短接所应有的安全距离应≥230 mm。

考虑接触网参数施工误差，需要对上述距离增加20%的安全系数，同时B1柱前后均比照较长的考虑，则安全距离为22.5×1.2=27 m。

所以当受电弓在距离B柱前后27 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

同样在B2柱前后27 m附近就存在将分相无电区带电的可能。

由此得出结论：在160～200 km/h速度区段，电力机车通过六跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×2-27-27=36(m)，最大距离为45×2+27+27=144(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在36～154 m的范围内时存在系统短路的可能。即危险距离36～154 m。

1.2七跨关节式分相

七跨关节式分相示意图如图3。

图3　七跨关节式分相示意图

其中B1、B2柱为中心柱，A1、A2、C1、C2均为转换柱，如多个电力机车连挂运行，其中两个受电弓正好在B1、B2附近时，会连通中性段将分相两侧的两个供电臂短路，造成系统短路，影响前后两个供电臂的正常行车。

我们以C1柱、B1柱和A1柱进行分析，C1柱、B1柱和A1柱及其对应的各部参数示意如图4。

用研究六跨同样的方法，得出结论：

(1) 在120 km/h速度及以下区段时

在120 km/h速度及以下区段，电力机车通过七跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×3-19-19=97(m)，最大距离为45×3+19+19=173(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在97～173 m的范围内时存在系统短路的可能。即危险距离97～173 m。

图4　C1柱、B1柱和A1柱及其对应的各部参数示意图

(2) 在120～160 km/h速度区段时

在120～160 km/h速度区段，电力机车通过七跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×3-21-21=93(m)，最大距离为45×3+21+21=177(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在93～177 m的范围内时存在系统短路的可能。即危险距离93～177 m。

(3) 在160～200 km/h速度区段时

在160～200 km/h速度区段，电力机车通过七跨关节式分相时，当支柱跨距在45 m，多组电力机车连挂运行时，如果两个受电弓可能将分相给予短接的最小距离为45×3-25-25=85(m)，最大距离为45×3+25+25=185(m)，即两台电力机车受电弓之间的距离在85～185 m的范围内时存在系统短路的可能。即危险距离85～185 m。

1.3八跨关节式分相

八跨关节式分相示意图如图5。

图5　八跨关节式分相示意图

八跨关节式分相不同于六跨和七跨,是属于三断口式的，存在两个中性段，只有将3个断口同时有受电弓短接时才能出现上述现象。

图中C、E、G柱为中心柱，B、D、F、H均为转换柱。如多个电力机车连挂运行，其中3个受电弓正好在C、E、G柱附近时，会连通中性段将分相两侧的两个供电臂短路，造成系统短路，影响前后两个供电臂的正常行车。

我们以其中中心柱C柱及其两侧的转换柱B柱和D柱进行分析， B柱、C 柱和D柱及其对应的各部参数示意如图6所示。

图6　八跨关节式分相C柱及其两侧的转换柱B柱和D柱示意图

用研究六跨同样的方法。

(1) 在120 km/h速度及以下区段时

在120 km/h速度及以下区段时，当支柱跨距在45 m，在C柱两端19 m的范围均可能出现使分相中性区带电。同样在G柱两端19 m的范围内可能出现使分相中性区带电。在E柱两端19 m的范围可能使分相的两个无电区短接。只有在C柱两端19 m的范围内、E柱两端19 m的范围内、G柱两端19 m的范围内同时有受电弓经过时就会将分相两端供电臂短接，造成系统短路。

即在两个受电弓间距在52～128 m范围内，第3个受电弓距离第2个受电弓间距在52～128 m范围内，距离第1个受电弓在142～218 m范围内等3个条件同时满足时方能出现上述现象。

(2) 在120～160 km/h速度区段时

在120～160 km/h速度区段，当支柱跨距在45 m，在C柱两端21 m的范围内、E柱两端21 m的范围内、G柱两端21 m的范围内同时有受电弓经过时就会将分相两端供电臂短接，造成系统短路。

即在两个受电弓间距在48～132 m范围内，第3个受电弓距离第2个受电弓间距在48～132 m范围内，距离第1个受电弓在138～222 m范围内等3个条件同时满足时方能出现上述现象。

(3) 在160～200 km/h速度区段时

在160～200 km/h速度区段，当支柱跨距在45 m，在C柱两端25 m的范围内、E柱两端25 m的范围内、G柱两端25 m的范围内同时有受电弓经过时就会将分相两端供电臂短接，造成系统短路。

即在两个受电弓间距在40～140 m范围内，第3个受电弓距离第2个受电弓间距在40～140 m范围内，距离第1个受电弓在130～230 m范围内等3个条件同时满足时方能出现上述现象。

2　实际应用

2.1电力机车

太原铁路局管内目前使用的电力机车部分车型有：SS4、8G、HXD2、HXD3等，各型号车的车长分别是：SS4为35.3 m(换长3.2)，8G为44 m(换长4.0)，HXD2为22 m(换长2.0)，HXD3为22 m(换长2.0)。

以SS4车为例，换长为3.2 m，车长为35.3 m。两车连挂两受电弓间的距离为35.3 m；3车连挂前后两受电弓间的距离为70.6 m；4车连挂前后两受电弓间的距离为105.9 m；5车连挂前后两受电弓间的距离为141.2 m；6车连挂前后两受电弓间的距离为176.5 m；

(1) 在120 km/h速度及以下线路上运行时

线路采用六跨关节式分相，3车连挂和4车连挂时前后两受电弓间的距离均在50～130 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现3车及以上连挂，否则就会出现系统短路，影响行车。

线路采用七跨关节式分相，4车连挂和5车连挂时前后两受电弓间的距离均在97～173 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现4车及以上连挂。

线路采用八跨关节式分相，6车连挂时，第1和第3个受电弓之间距离为70.6 m，第1个第6个受电弓之间的距离为176.5 m，满足八跨关节式分相系统短路的条件会出现系统短路。所以不能出现6车及以上连挂。

(2) 在120～160 km/h速度线路上运行时

线路采用六跨关节式分相，3车连挂和4车连挂时前后两受电弓间的距离均在44～136 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现3车及以上连挂。

线路采用七跨关节式分相，4车连挂和5车连挂时前后两受电弓间的距离均在93～177 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现4车及以上连挂。

线路采用八跨关节式分相，5车连挂时，第1和第3个受电弓之间距离为70.6 m，第1个第6个受电弓之间的距离为141.2 m，满足八跨关节式分相系统短路的条件会出现系统短路。所以不能出现5车及以上连挂。

(3) 在160～200 km/h速度线路上运行时

线路采用六跨关节式分相，3车连挂和4车连挂时前后两受电弓间的距离均在36～154 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现3车及以上连挂。

线路采用七跨关节式分相，4车连挂和5车连挂时前后两受电弓间的距离均在85～185 m的范围内，就可能出现系统短路的可能。所以不能出现4车及以上连挂。

线路采用八跨关节式分相，5车连挂时，第1和第3个受电弓之间距离为70.6 m，第1个第6个受电弓之间的距离为141.2 m，满足八跨关节式分相系统短路的条件会出现系统短路。所以不能出现5车及以上连挂。

2.2特殊车型

除电力机车连挂外，还存在其他附带有受电弓的车辆运行时如何采取措施的问题。如接触网检测车，太原铁路局配属的接触网检测车，车型为WX25T，车长26.6 m(换长2.4)，配置一架受电弓。共两个转向架，受电弓安装于其中一个转向架中心上方。

当接触网检测车由电力机车牵引进行接触网升弓检测时，可能存在同时将分相中性区段与两端带电侧的接触网连通后造成分相两端供电臂短路现象。

结合线路的关节式分相结构及列车运行速度，确定危险距离。我们要计算检测车受电弓与牵引电力机车受电弓之间的距离，如该距离落在危险距离之内时要求接触网检测车在通过关节式分相时降下受电弓。以确保顺利通过关节式分相；如该距离未落在危险距离之内时可以正常通过。

3　其他说明

上述内容主要提供分析问题的思路，因每一条线路采用的分相类型基本一致，所以我们可以根据每一条线路上所采用的分相型式，依据分相设计图纸标注的参数以及现场实际的跨距参数以及车型进行准确分析，对连挂电力机车的运行条件进行限制，方可避免变电所系统短路问题的出现。从而准确地解决实际问题。

[1]CRH380AM型高速综合检测列车维护检修手册[R].北方青岛四方机车车辆股份有限公司.

[2]铁路技术管理规程(铁运(2015)172号)[S].

[3]铁道部运输局装备部.铁路机车概要[M].北京：中国铁道出版社出版,2008.Research about Avoiding Electric Locomotive to Shorted-out-Phase Separation

ZHOUJianwu

(Taiyuan Bureau Electric Section，Taiyuan Bureau，Taiyuan 030013 Shanxi, China)

Because much phase separation was articulated in new Railways，and more than 120 kilometer existing Railways is the same, if linked electric locomotive pass phase separation, then feed system will short out. In order to avoid going wrong, we have analyzed it, and take measures to eliminate the problem.

avoid; linked; short out; research

1008-7842 (2016) 04-0115-04

��)男，工程师(

2015-12-18)

U224

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.30