电分相及自动过电分相

双断口六跨电分相是借鉴法国高速铁路的一种短分相设计模式，即双弓间距大于中性区的长度。其有2个断口，但只在运行方向上装设1台网隔。无电区约22 m，等效无电区约35 m，中性区的距离小于190 m。动车组断电过电分相，地面信号采用点式应答器方式，双弓运行时动车组断电滑行距离在400 m以上，滑行时间约5 s（300 km/h速度下），速度损失最小。目前在国内合武客运专线等线路上大量采用。示意图如图4所示。

图4 六跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

该短分相模式的优点是：动车断电滑行距离短，速度损失小；无电区短，较少发生动车停于无电区故障（S1线目标速度只有120km/h，是否因为速度较低而增加停在无电区的可能？）；对动车组的升弓方式制约小。其不足之处是：2个断口只装设1台网隔，制约了越区供电的灵活性，它的设计初衷可能是防止2个断口都装设网隔，一旦同时误合会造成相间断路，其实只需将2台网隔加装电气闭锁，将解锁权留到调度端即可；救援方式复杂，当动车停于无电区时也需要动车司机下车确认受电弓不在危险区（靠近分相内未装网隔侧接触线与中性线转换处）内，方可采用合网隔的方式救援，由于其无电区较短，一旦发生动车带电过分相，则高速通过的受电弓将电弧拉长，可能通过电弧造成相间短路。

短分相设计模式则更适用于地面感应车载自动断电过分相技术。国内已投运的客运专线基本均采用地面感应车载自动断电过分相技术。它是一种比较适合国内当前现实的动车过分相技术，它投资小、维护方便、可靠度和安全性较高，且可预留一个合适的时限完成电源切换工作，从而避免瞬间换相对机车电路及牵引网保护提出的更高技术要求。而短分相模式是与之相适应的较为合理的分相设计模式，它可以长效提高列车运行速度、节约能源、方便调度运维。同时应借鉴京津城际铁路的双断口双网隔模式，在分相的2个断口装设2台网隔并进行电气闭锁，以利于越区供电的灵活性。因为越区供电对提高牵引供电可靠性有着非常重要的意义。

综上所述，电分相锚段关节在设计上除了要满足最基本要求外，还应满足： （1）电分相锚段关节（6跨关节式锚段关节可以适应哪些过电分相技术？）的设计模式必须与所采用的动车过电分相技术相适应。

（2）通过电分相锚段关节的网隔应能完成越区供电，以提高越区供电的灵活性及牵引供电的可靠性。

示意图如图5。

图5 七跨绝缘锚段关节式电分相平面示意图

在目前国内采用地面感应车载自动断电过分相技术的条件下，应采用短分相设计模式，即采用七跨双断口双网隔电分相锚段关节，将上述六跨电分相锚段关节的等效无电区距离再延长一个跨距，以避免地面感应车载自动断电系统故障，发生动车带电过分相时高速运行的受电弓拉长电弧将异相短接。同时在分相的2个断口都加装网隔，并进行电气闭锁，以利于越区供电。

器件式电分相结构简单在速度不太高的情况（140km/h以下）下能基本满足弓网关系要求，大大减少了施工和维修难度其中性区很短，特别适合在重载、大坡度区段使用。器件式电分相的硬点大成为困扰电气化铁路提速改造的主要问题之一。由于关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在的硬点大问题。关节式电分相由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成。在运行中存在如下弊端：

1、由于关节式电分相由两处空气绝缘间隙实现电气绝缘，电力机车及所连挂的车辆多弓运行时，任何两个受电弓间距必须限制。否则，就可能造成两个受电弓滑板同时搭接在两个空气间隙引起接触网相间短路。

2、由于我国《电力牵引供电设计规范》目前对关节式电分相没有统一的设计标准，各设计部门的认识也不一样，因此，同样的线路条件，不同的设计部门就会做出不同的设计方案，不利于规范管理，也给以后的接触网运营和检修工作造成一定的困难。

3、理论和运行经验都表明，受空气动力的影响，机车在高速运动过程中降下受电弓后再升起是很危险的，运行中应尽量避免。国外关节式电分相有满足电力机车单弓运行和电动车组多弓运行方式之分，目前国内还仅是单弓取流，将来是否研制或引进多弓运行的电动车组还不能确定（国外电动车组运行概况见表一）。随着列车提速后该种分相的大量采用，若不提前对多弓运行的受电弓间距或者对电动车组受电弓数量车提出要求使二者相匹配，将给高速电气化铁路的发展带来麻烦。

4、电力机车运行的各种情况中，两台及以上电力机车同时牵引的重联机车、有动力回送电力机车（电力机车附挂运行）、使用中部或后部电力机车推进的运行列车及同时升弓运行的电力机车与其牵引的接触网检测车，在通过关节式电分相时都可能引起接触网相间短路。然而，目前铁道部的各种规程中都还没有预防此类故障发生的规定。电力机车运用管理人员及乘务员的认识还局限于只要每台电力机车不升双弓、断电就能安全通过电分相。这将成为采用关节式电分相电气化铁路运行安全的极大隐患。

地面自动转换电分相装置（短分相采用！）

地面自动装换电分相装置原理图如图4-所示，电分相处设置JY1、JY2二处绝缘，一般由锚段关节式电分相实现，绝缘间是中性区。在JY1、JY2两端跨接两个真空负荷开关QF1、QF2，当机车从A相驶来，到CG1时，开关QF1闭合，中性段接触网由A相供电，机车通过JY1时，JY1两端等电位；机车到达CG3时，QF1断开，QF2迅速闭合，完成中性段供电的换相变换，机车在此过程中可以不用任何附加操作；待机车驶离CG4处时，QF2断开，装置恢复原始状态。反向行驶时，由控制系统控制两个开关以相反顺序轮流断开和闭合。

图4-8 地面自动转换电分相装置

这种自动过分相装置的优点在于：接触网无供电死区；无需司机操作；机车上主断路器无需动作，自动切换时接触网中性段瞬时断电时间很短，而且时间与列车速度无关，可适用0到350km/h速度范围，在行车中可能出现的限速、一度停车等情况下机车均能正常工作。 柱上断载自动转换电分相装置

其基本原理图如图4-9所示，图中L1、L2为磁控线包，K1、K2为真空灭弧室，MOA为过电压吸收器，x～y段为中性绝缘滑道，2、3为两个分段绝缘器。假使机车由左向右行驶，由U相驶入，依次经过ab、cd、xy、ef、gh各区段进入V相。当机车行驶到2～x区段带电。当机车驶过2以后，离开了控制线包受流区，进入K1供电的分断区，真空灭弧室分闸，机车断载。此时机车不带电通过2～3间电分相的x～y主绝缘区。过了3以后，机车通过V相的受流线包L2得到V相的电流，经过4以后，由V相供电。机车反方向行驶时，同理，依次由V相过渡到U相。

图4-9柱上断载自动转换电分相装置

这种方法的优点在于：比地面过分相结构简单，真空开关设备装载支柱上，无需设置分区所，供电死区（2～3）比现有的分相区短，无需司机操作，机车上的主断路器不需要分段。

车载断电自动转换电分相装置

车载断电自动转换电分相装置，是在电力机车控制室内及电分相区域安装必要的装置和设备，以至于不需要人为干预而实现电力机车自动转换的电分相装置。是目前世界上所出现的三种自动过的电分相形式的一种。

车载断电自动转换电分相装置包括四种设备：

(1) 地面感应装置，简称地感器，它安装在电分相区域中的相应位置，能准确为电力机车进行断电过电分相提供准确的位置信息。

(2)车载感应接收装置，称信号接收器，它是安装在电力机车上，专门用于接收地感信息的装置。

(3)主电路设备，它是实现过电分相时断开、分合主电路电源的主体设备。 (4)控制设备，它是实现自动化及智能化的主体设备。

其地面感应装置布置图如图4-10 所示。4个地面感应器为钕铁鹏永磁体，磁铁一般预制在水泥块内部或封装在工程塑料内，然后骑跨式固定在铁轨端部，上表面低于钢轨面15mm，中心离钢轨内侧面水平距离为250mm。车载感应接受器装在机车两端排障器下方的两侧位置。用于接受地面感应器信号，该装置基本不用维护。

机车按照图示方向行进时，2 #、4#车载感应装置应可靠接收到1#地面感应器的信号，这个信号为预备信号，控制装置做好断电准备；在机车继续前进时，1 #、3 #车载感应装置应收到2 #地面感应器信号，这时，控制装置立即执行断电

过分相动作；2 #、4 #车载感应装置经过3 #地面感应器后，恢复机车正常运行。

图4-10车载断电自动转换电分相装置

该方案的优点是：

(1) 投资最低，仅需解决过分相的预告信号问题。

(2) 主断路器只分断辅机的小电流，而不需分断牵引电机电流，因而对主断 路器电寿命影响不大。

(3) 过分相区后能自动控制电流上升率，不会有冲击电流，对列车造成的冲 动也比较小，提高了乘客的舒适度。

(4) 过分相的自动控制与列车速度无关，可适应低速、常速、准高速和高速 的要求。

(5) 预告信号的检测采用了2 套冗余，所以使用可靠，没有发生过问题。 (6) 无需人工干预。

(7) 可以适应多弓的列车。头车在接到分相预告信号后，发出命令到其他动 力车，使各动力车几乎同时封锁脉冲和断开主断路器，由各车自己判断是否通过了分相区。这样合主断路器命令是相继发出的，因而可减少整个列车牵引力的损失。

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