??详解电气化铁路中各种电分相布置

　　电分相是为了满足接触网不同相供电而在两相交接处设立的分相隔离装置，电分相类型和材质的不同对机车受电弓取流的稳定性、受电弓的质量、列车最高速度和牵引变电所继电保护等都有影响。当今电气化铁路不断提速，对行车安全要求很高，因此选用好电分相才对列车行车安全、稳定非常重要。为适应高速铁路的弓网受流，2005年国内颁布的《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》中规定：时速200 km以上接触网的电分相均采用带中性段的绝缘锚段关节式电分相。 电分相锚段关节在设计上都必须满足以下几个最基本要求：保证受电弓的平滑过渡；每个断口（空气绝缘间隙）必须能满足相间绝缘要求；断口间距应与机车受电弓间距满足一定的配合关系，即有2个断口电分相锚段关节（含3个断口除外）的间距≠重联或大编组动车组允许同时升起的2个受电弓间的距离，防止2个受电弓同时将2个断口短接造成相间短路；设置位置符合线路坡度及距信号机距离要求。本文分析了传统器件式电分相与应用锚段关节实现电分相的特点以及使用电分相式锚段关节改进器件式电分相的方式。

　　电气化铁路接触网电分相的分类

　　接触网换相供电时每隔20～30km就设一个电分相，电气化铁路电分相从结构划分有器件式和关节式两大类。 (1) 器件式电分相

　　器件式电分相是利用电分相绝缘器串接在一起而形成一种在电气上分开、在机械上不分段的电分相结构。其是由三组分相绝缘元件串接在接触线中而构成的分相设备，绝缘元件为环氧树脂玻璃布层压板，每个绝缘元件长度为1.8m，宽度为25mm，高度为60mm，在底部开有斜沟槽。也有用四组绝缘元件串联组成分相器的，增加一组绝缘元件是为了增加可靠性，同时增加中性区的有效长度，以适应高速及新型电力机车运行的需要。

　　(2) 关节式电分相

　　关节式电分相是利用两组或三组绝缘锚段关节组成的一种在电气和机械上都分开的电分相装置。由于绝缘锚段关节有三跨、四跨和五跨3种型式，锚段关节跨距长度不同，两个关节的衔接布置也有多种方式，中性区距离也长短不一，造成目前关节式电分相存在五跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十跨、十二(十三)跨等多种型式。


　　根据接触网动态检测结果，相同条件下器件式电分相的硬点平均为接触网的3～6倍，而且运行速度越高，硬点差值越大。据统计，同样一组器件式电分相，当速度为120、140、160km/h时，其硬点分别约为30、60、110g，而铁道部规定是≤50g。可以说，当运行速度超过120km/h时，器件式电分相是很难满足安全运行的。法国电气化铁路部门认为运行速度为60km/h及以下时，可采用绝缘件作为电分段当运行速度超60km/h时，就要采用锚段关节式空气间隙绝缘方式。 根据运行经验，靠加强维修和调整来减小器件式电分相的硬点是很困难的，即使耗费大量的人力和物力，效果也难以令人满意。器件式电分相严重恶化弓网关系，其接头线夹处接触线磨耗很快，有机绝缘杆件运行环境恶劣容易发生事故，故应尽量减少使用。建议新线建设时速为120km以上的线路应采用关节式电分相。 2.3 绝缘锚段关节 构成电分相的绝缘锚段关节有3种形式：三跨、四跨、五跨。

　　(1) 四跨绝缘锚段关节 四跨绝缘锚段关节与三跨、五跨绝缘锚段关节相比，四跨锚段关节多了一根中心柱。正常状态下，受电弓在中心柱处同时接触两支接触线，从一个锚段过渡到另一个锚段。但由于要满足绝缘的要求，中心柱就需采取特殊定位方式。一种方式是采用反定位管低头的特殊安装方式，这使得接触网稳定性降低；另外的方式是一根定位器采用特型定位器(直线区段)或两根均采用特型软定位器(曲线区段)，而该类定位器因为结构原因要满足强度要求采用钢质结构，质量大于提速区段普遍采用的铝合金定位器，又由于中心柱处受电弓要同时抬起两支接触线，这样就对接触网弹性造成了较大的影响，不利于受电弓高速受流。另一方面，提速区段接触线张力大，非支接触线抬高量（一跨中抬高450～500mm）较大，中心柱处两定位器会出现较大的上抬力。当环境温度变化时难以保证两支接触线等高，也对高速取流不利。根据哈大线的资料，四跨绝缘关节较多在800m 及以下曲线半径的线路采用。日本和法国则倾向于不采用四跨绝缘关节。

　　(2) 三跨与五跨绝缘锚段关节 三跨与五跨绝缘锚段关节均是在跨中两接触线等高，受电弓实现从一个锚段向另一个锚段过渡。由于跨中弹性大，不会对受电弓运行造成大的影响。三跨绝缘锚段关节相比五跨，少了两根转换支柱，结构简单，但由于三跨转换跨中坡度（7‰～8‰）大于五跨（2‰～4‰），也远大于接触线坡度不宜大于3‰的标准，不利于高速受流。另一方面，从工程投资上讲，五跨与三跨相比，不增加接触网支柱，只是增加两套定位支撑装置和少量的接触网，投资增加很少，就能更好满足接触网运行，也为接触网进一步提速创造了条件。因此，建议关节式电分相的锚段关节宜采用五跨。 2.4 常用锚段关节式电分相形式 关节式电分相是由两个绝缘锚段关节和中性嵌入线构成，其构成方式很灵活，组合成的电分相形式也多种多样，以下为国内外运行线路中常用电分相形式。分别为五跨、六跨、七跨、八跨、九跨。



　　2.5电分相设置要求

　　高速铁路电分相应设在进站信号机500m以外并应经行车、信号、供电等专业检算确认，应尽量避免设在变坡点、大电流和加速区段，有条件时应尽量设在6‰及以下坡度区段。必须设在较大的坡道上时，要考虑电分相所处位置的线路坡度和列车速度、列车惰性运行距离的关系。对于一般的高速区间而言，时速250km以上动车组通过分相后的速度损失非常有限，根据行车检算结果看，一般速度损失在15km/h左右，因此，不应只将6‰的坡度作为判断分相设置是否合适的标准。




　　2.6 目前电分相常见问题

　　(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，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（示意图如图10所示）。关节式电分相的空间结构没有相对统一的标准，会给电力机车的运行和运输组织增加难度。都可能引起接触网相间短路。

　　(2) 电力机车停在分相中性无电区的几率大大增加。关节式电分相中性无电区由原来的30m延长至3个跨距以上，由于列车通过电分相时需要断电利用惯性通过无电区，可能由于电分相所处位置的线路状况不良（施工限速慢行）或电分相设置的位置不合理（上坡道上、信号机前方附近）等原因，有可能使列车停在电分相无电区内，这时需请求救援，影响后续列车运行。

　　(3) 机车断电迟缓、送电太早或未断电通过电分相时，均可能造成拉弧烧伤导线、受电弓，甚至烧断导线、承力索，造成严重事故。

　　(4) 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、升受电弓对接触网的安全运行非常不利，运行中应尽量避免。

　　四、关节式电分相锚段关节型式的选择

　　绝缘锚段关节有三跨、四跨、五跨等型式。由于关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，因此选用的绝缘锚段关节的型式决定了关节式电分相结构型式。

　　1、四跨绝缘锚段关节

　　与三跨、五跨绝缘锚段关节相比，四跨锚段关节多了一根中心柱。正常状态下，受电弓在中心柱处同时接触两支接触线，从一个锚段过渡到另一个锚段。但由于要满足绝缘的要求，中心柱就需采取特殊定位方式。一种方式是采用反定位管低头的特殊安装方式，这使得接触网稳定性降低。另外的方式是一根定位器采用特型定位器（直线区段）或两根均采用特型软定位器（曲线区段），而该类定位器因为结构原因要满足强度要求采用钢质结构，重量大于提速区段普遍采用的铝合金定位器，又由于中心柱处受电弓要同时抬起两支接触线，这样就对接触网弹性造成了较大的影响，不利于受电弓高速受流。

　　另一方面，提速区段接触线张力大，非支接触线抬高量（一跨中抬高450-500mm）较大，中心柱处两定位器会出现较大的上抬力。当环境温度变化时难以保证两支接触线等高，也对高速取流不利。根据哈大线的资料，四跨绝缘关节较多在800m及以下曲线半径的线路采用。日本和法国则倾向于不采用四跨绝缘关节。故建议关节式电分相的每个锚段关节不采用四跨型式。

　　2、三跨与五跨绝缘锚段关节

　　三跨与五跨绝缘锚段关节均是在跨中两接触线等高，受电弓实现从一个锚段向另一个锚段过渡。由于跨中弹性大，不会对受电弓运行造成大的影响。三跨绝缘锚段关节相比五跨，少了两根转换支柱，结构简单，但由于三跨转换跨中坡度（7--8‰）大于五跨（2—4‰），也远大于接触线坡度不宜大于3‰的标准（文献9），不利于高速受流。

　　另一方面，从工程投资上讲，五跨与三跨相比，不增加接触网支柱，只是增加两套定位支撑装置和少量的接触网，投资增加很少，就能更好满足接触网运行，也为接触网进一步提速创造了条件。因此，建议关节式电分相的锚段关节宜采用五跨。


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