接触网开关场在匈牙利铁路的设计和应用

李洪生

0 引言

在车站接触网的设计中，为了保证供电的灵活性和抢修检修的便利性，通常按照站台或分场分束设置电分段和隔离开关，通过隔开的断合对不同供电场束进行单独或组合控制。而在匈牙利铁路接触网设计中，为了达到上述目的，采用了开关场的形式，即在车站范围内划定一个封闭的场地集中设置隔离开关，从而形成一组封闭的设备，类似一个简化的开闭所。国内外接触网的设计理念均为通过优化组合质量、寿命和成本，使得接触网系统达到最优服役状态，但国内外接触网的设计细节不完全相同。本文将对匈牙利铁路接触网开关场设计进行介绍和分析，从而加深对欧洲铁路接触网设计的认识和思考，有利于“一带一路”铁路设计标准体系与当地标准的融合。

1 开关场的设计原理

1.1 开关场的位置

开关场是一个独立的封闭场地，所有开关场均设置在车站范围，最佳位置是车站大楼或运营办公楼一侧，且始终处于车站监控范围内[1]。开关场必须位于车辆容易进出的地方，如果条件允许，可修建一条作业道路，以方便运维人员进出。

1.2 主要设备

现以匈塞铁路匈牙利段（Budapest-Kelebia）为例进行比较和分析。开关场内的设备主要包括母线、隔离开关及其支撑结构、开关控制柜。如果匈牙利铁路设计需要明确标明各种型号的设备产品，则必须以满足EC规定和本地许可指令为前提[2]。

（1）母线。开关场的母线为矩形横截面的实心导电材料[3]，母线在开关场内呈“Z”形、“H”形或“U”形布置，隔离开关在母线的两侧或两端规律排列，按照规定，母线的铜横截面应不小于200 mm2[1]。母线的横截面必须与工作电流相匹配，通常需根据供电仿真确定负载能力和工作电流，从而确定不同横截面的母线和馈出线。

（2）隔离开关。开关场内隔离开关分为进线开关、馈出线开关、接地开关、上下行并联母线开关、杆式变压器开关，所有隔离开关均采用电机驱动和远程控制，并集成到FET/HETA（接触网能量控制/开关控制柜）系统中。隔离开关的名称需对应Budapest侧（Bp）、Kelebia侧（K）、左线（下标b）、右线（下标j），并遵守匈牙利铁路公司《接触网电气操作工作规范》的规定[4]。

（3）开关控制柜（HETA Cabinet）。为了满足FET系统远动控制的要求，在开关场内设置开关控制柜，同时设置电缆沟，为每个隔开提供控制电缆和电机驱动电源电缆路径。

（4）其他设施。为了便于运营操作和检修抢修，在开关场内设置一个可锁定的接地杆存放架（Ground rod storage rack）和一个机车信号标志牌存放架（Signal marker rack）[5]。

1.3 开关场防护与接地

开关场通常处于车站监控系统的监控范围内，场内地坪铺设混凝土或沥青覆盖层。为确保排水通畅，需要考虑开关场场坪坡度和电缆沟排水。

开关场为一个封闭场所，其周围采用金属围栏，高度为1.8～2.0 m，所使用围栏系统的选择和设计必须考虑接地保护[1]。在开关场内距离隔离开关支撑结构1.0～1.5 m的位置，设置由Ø20 mm圆钢制作成的接地框架，接地框架设于地下0.7～1.0 m的深度，隔开的支撑结构、金属围栏、开关柜、其他金属设备外壳均需设置接地保护[5]。

2 电路图和开关场型式比选方案

开关场母线和隔离开关排列可以采用“Z”、“H”和“U”形布局[5]。以匈塞铁路匈牙利Budapest-Kelebia段为例，虚拟4股道车站，隔离开关主要包括进线开关（Bpb、Bpj、Kb、Kj）、馈出线开关（Áb、Áj、áb1、áj1）、接地开关（GfÖ）、上下行并联母线开关（Öb、Öj）、杆式变压器开关（STR2）。对应两种电路图，分别布置Z型和H型开关场，U型开关场和H型基本类似，不再赘述。

2.1 Z型电路和开关场

如图1所示，Z型电路意味着开关场内母线呈“Z”形，开关场对侧的旁路线（bypass wire）、馈出线需要利用跨线支柱跨越轨道上方的接触网，开关场一侧的跨线支柱优先设置在开关场内。

图1 Z型电路

Z型开关场布置如图2所示。Z型开关场中母线呈“Z”形，考虑视觉效果，图2采用了逆时针旋转90°。按照图1的位置关系，开关场位于车站左侧，长边垂直于轨道。在远离轨道的一侧，设置一处至少宽1 m的金属门，门与场内通道之间连接顺畅。

图2 Z型开关场（单位：mm）

2.2 H型电路和开关场

如同3所示，H型电路意味着开关场内母线呈“H”形，开关场对侧的旁路线（bypass wire 1和bypass wire 2）、馈出线需要利用跨线支柱跨越轨道上方的接触网，开关场一侧的支柱可以设在开关场内，也可以设在开关场以外，图3中跨线支柱设置在开关场以外。

图3 H型电路

如图4所示，H型开关场中母线呈“H”形，按照图3的位置关系，长边平行于轨道。在围栏的一侧设置一处至少宽1 m的金属门，门与场内通道之间连接顺畅。

图4 H型开关场（单位：mm）

3 接地布置

每个隔离开关支撑结构均必须设置接地保护，开关场范围内所有其他金属结构外壳均设置接地保护。图5所示为一个H型开关场的接地布置，金属围栏以内的虚线框代表由Ø20 mm圆钢制作的接地框架，位于地下0.7～1.0 m的深度，隔开支撑结构、金属围栏、开关柜、工具存储架外壳均统一接入地网，符号“И”“П”为接地连接示意[6-8]。

图5 H型开关场接地布置（单位：mm）

4 开关场设计推荐方案

Z型开关场呈矩形，场内母线布置呈“Z”形，开关在母线两侧排列，开关之间的总母线较短，上下行并联母线连接简单易于操作。Z型开关场在垂直轨道方向上为长边，因此封闭围栏在3个方向上更易于设置进出门和作业通道。缺点是Z型开关场的占地对站场局部的征地界有一定影响。

H型开关场同样为矩形，场内母线布置呈“H”形，开关在母线外侧对称排列，总母线较长，上下行并联母线需要横跨总母线，实施时，需要调整跨接母线的安装高度。因封闭围栏更靠近轨道，相对Z型开关场，其与站旁道路连接更不方便。优点是与Z型开关场相比，H型开关场占地更容易划定，更容易设置多个开关，对于需要更多隔离开关的较大车站，H型开关场显然更适用。

综合以上分析，在匈牙利的Budapest-Kelebia段铁路接触网设计中，推荐采用Z型开关场，当Z型开关场无法布置或站场范围没有合适场地的情况下，考虑采用H型开关场。

5 结语

根据我国电气化铁路的特点，隔离开关基本分散安装在各个支柱上，因此，隔开控制电缆分散，各类型电缆路径杂乱，隔开现场操作和维修不便。而开关场的作用是使隔离开关集中设置，场内设置隔开控制柜，便于运维人员操作和维修。

开关场具有显著的优点，隔离开关集中于同一封闭场地，隔离开关控制柜设置在封闭的开关场内，能够易于实现现场和远程操作，同时，隔开排列规律，控制电缆不需多路径分散穿插，对运营和维管都有较大的便利性。

开关场的缺点是增加占地，即在车站范围单独划分一处场地，而开关场母线的进线需要与站场支柱合架或采用电缆，无论采用哪种进线方式，都不利于运营和检修，而成本问题也是一个必须考虑的因素。