新一代地面自动过分相在市域铁路工程的应用探讨

沈 菊，李汉卿

0 引言

市域铁路是紧密联系中心城市、辐射辖区的短途城际客运铁路，用于满足乘客日常通勤、通学、休闲、娱乐等需要，近年来在我国轨道交通线路中的比重越来越高。

市域铁路一般采用高架桥或地面线路形式，较城市轨道交通站间距大。成熟的25 kV交流供电制式是市域铁路主要供电方式之一，目前已开通的及在建的市域铁路多采用该供电制式。

传统的交流25 kV供电制式在接触网布置上存在电分相即中性无电区，列车通过接触网中性无电区时，易出现速度损失、带电闯分相引起弓网拉弧使设备受损以及过电压等问题。目前，解决上述问题有多种方案和措施，如同相供电技术等，但在方案实施和产品成熟度、可靠性及技术经济性等方面存在一定的局限性。本文提出一种地面电子开关自动过分相装置，结合市域铁路特点和需求，分析探讨其工作原理和工程应用实施方案。

1 新一代地面自动过分相系统主要功能

基于电力电子功率单元的新一代地面电子开关自动过分相，通过电力电子开关切换控制，实现列车不降速、平滑无感知地通过中性无电区。主要功能如下：

（1）可有效解决列车在通过接触网中性无电区时的速度损失问题，列车过分相时行车速度基本无损失，且电子开关响应速度快，能够大大缩短掉电时间，显著缩短列车过分相时间，增强了区间通过能力，可有效提升运能。

（2）可有效避免列车带电闯分相引起弓网拉弧可能造成的弓网设备烧损事故，提高弓网系统可靠性和使用寿命，减少列车带电通过中性无电区时过电压冲击问题。

（3）可有效解决列车通过长大坡道时过分相难题，提高线路运输能力和效率。

2 系统工作原理

新一代地面电子开关自动过分相系统主要包括地面列车位置检测装置（J1、J2、J3、J4）、电力电子功率单元（KS1、KS2）、电流互感器（CT1～CT3）、电压互感器（VT1～VT3）及与接触网连接的开关（K1～K3）等，其原理示意如图1所示。

图1 新一代地面自动过分相系统原理示意图

（1）当列车由左向右行驶时，左侧供电臂的相位为α相，中间为中性无电区，右侧供电臂的相位为β相。列车运行至J1位置时，地面轨道处的计轴装置J1发出列车位置检测信号至相关控制单元，并通过VT1判断有压、VT3无压时，控制单元发出控制触发信号使KS1导通，此时中性无电区带电，与左侧供电臂的接触网电压和相位一致。

（2）当列车继续由左向右行驶，到达J2位置时，地面计轴装置J2发出信号至控制单元，控制单元发出控制信号使KS1关断。

（3）当列车到达J3位置时，地面计轴装置J3发出控制信号至控制单元，控制单元同时检测CT1电流为零、VT2有压、VT3无压，发出控制信号使KS2导通，此时中性无电区带电，与右侧供电臂的接触网电压和相位一致。

（4）当列车到达J4位置时，地面计轴装置J4发出信号至控制单元，控制单元发出控制信号使KS2关断。

3 工程应用实施方案

3.1 工程应用接入方案

在市域铁路工程接触网电分相处设置自动过分相装置，工程实施接入方案如图2所示。

图2 工程实施接入方案

自动过分相装置设置两组电力电子功率单元，均采用大功率晶闸管级联结构，形成27.5 kV功率单元设备。一组电力电子功率单元通过27.5 kV电动隔离开关、断路器与接触网的α相和中性无电区连接，另一组电力电子功率单元通过27.5 kV电动隔离开关、断路器与接触网的β相和中性无电区连接。每台断路器外侧设置电压互感器和电流互感器，用于电压检测和电流检测。

正常运行时，各回路隔离开关和断路器合闸，通过地面轨道处设置的计轴装置发出列车位置检测信号至相关控制单元，控制电力电子功率单元导通或关断。

3.2 设备平面布置方案

由于市域铁路处于中心城市及其周边范围，工程用地紧张。自动过分相装置的设备布置应尽量紧凑、占地小，设备平面布置与周围环境协调，满足地方规划、环保等要求。

地面自动过分相装置采用室内布置方式，可以与变电所或分区所合建，也可在轨旁单独设置。

3.3 保护配置方案

自动过分相装置设置过压、失压、过流等本体保护，用于装置内部和相关外部故障保护。

DL1、DL2、DL3处馈线均配置过流保护、过压保护，并作为装置的后备保护。

馈线保护与装置本体保护进行接口控制配合，需要时可联跳相关馈线侧开关。

3.4 主要技术参数

新一代地面自动过分相装置的主要技术参数如表1所示。

表1 主要技术参数

4 结语

基于电力电子功率单元的新一代地面自动过分相系统具有可靠性高、响应速度快、断电时间短、无暂态过程、技术经济性价比高等特点，可有效解决列车通过接触网电分相时产生的各种问题。新一代地面电子开关自动过分相装置工程应用实施方案简单、灵活，可靠性好、安全性高、可利用性强、可维护性高，不失为一个有效解决列车过分相问题的方案，具有一定的工程应用推广价值。