八跨三断口分相改造方案探讨
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[摘 要]本文对目前某些客运专线采用的八跨三断口锚段关节电分相形式在实际运营中的局限进行分析，并探讨其实用的改造方案。
[关键词]客运专线；接触网设计； 电分相锚段关节
中图分类号：H319 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0272-02
0 前言
中国高速铁路接触网设计历经几年的摸索与实践，目前已相对较为成熟。但在摸索的过程中难免会遗留一些问题，对这些遗留问题的合理解决，仍然是我们牵引供电从业者目前面临的一个重大课题。我国早期投运的高速铁路在电分相设计上都探索性的采用了不同的形式，如十二跨锚段关节式长分相和八跨三断口锚段关节式分相。通过近几年的实践检验，都显示出它们在高速铁路运行中的不适之处。近期京津城际的十二跨锚段关节式电分相改造工作已经完成，其两断口间的距离由原来的200m左右，加长至233m，满足了京津城际运行重联动车的需要。但部分客运专线采用的八跨三断口锚段关节式分相存在的问题，并未引起有关部门的重视。本文将对其不适于高铁运行的问题进行分析，并提出适于运营高速铁路八跨三断口锚段关节式电分相改造的简易方案。
1 缺陷分析
国内部分高速铁路在设计时出于各种原因考虑，采用了八跨三断口锚段关节式电分相。但通过实际运行检验，证明这种形式并不适于高速铁路，因此，在现在的高铁设计中不再被采用。其缺陷主要有以下七点：
（1）分相跨度长，列车断电滑行距离长，失速严重。
（2）结构复杂，检调工作量大。
（3）无电区长，电力机车（或动车组）因故停在分相无电区的概率高。
（4）设计不统一，导致预案修订的复杂化。如北京铁路局管内的高速铁路，只有石太客专一条铁路采用八跨三断口锚段关节式电分相。在“电力机车（或动车组）因故停在分相无电区救援方案”上，须对石太客专进行专门的规定。
（5）电力机车（或动车组）因故停在分相无电区时救援程序复杂。八跨三断口分相的救援程序看似简单（根据受电弓的具置，选择合前方网隔前行或合后方网隔退行。不需要本行分相的另一侧供电臂停电。），实则相对复杂。因为，三断口分相的无电区救援必须由机车司机下车确认受电弓的具置。这一过程耗时较长，对运行影响严重。尤其是动车组的受电弓往往距离驾驶室较远。而两断口分相的无电区救援则不需确认受电弓的准确位置。
另外，三断口分相的无电区救援虽说不需要本行分相的另一侧供电臂停电，与两断口分相的无电区救援相比较看似缩小了影响范围，实则没有。因为，在电力机车（或动车组）因故停在分相无电区救援时，分相两侧上、下行供电臂内的所有电力机车和动车组需全部降弓，分相两侧供电臂要退出并联。即两断口分相无电区救援时须停电的供电臂内机车需全部降弓，而对应的三断口分相救援时不需停电的供电臂内机车也需全部降弓。而一条供电臂的停电与否，只是一台断路器的一次分合操作，时间不过2～3s，对救援过程的影响几乎可以忽略不计。综上所述，三断口分相的“不需要本行分相的另一侧供电臂停电”并未缩小影响范围。
（6）影响供电可靠性，制约了越区供电的灵活性。越区供电是保障牵引供电可靠性的重要手段。因为八跨三断口分相有三个断口，但只有两台网隔，因此其不具备越区功能。即无法通过其实现牵引变电所两侧供电臂的互越。目前，高铁牵引变电所的每一套主变压器系统都是由两台单相变压器分别向变电所两侧供电臂供出不同相的电源。在备用的主变压器系统检修时，运行系统的一台变压器故障后，采用牵引变电所两侧供电臂互越是一种非常方便的越区措施，而三断口分相限制了这一措施的使用。
（7）列车停于电分相内后，救援程序复杂。在八跨三断口分相内有一段“危险区”（指考虑到可能存在的检调误差，在图1中心柱两侧，非工作支可能低于工作支情况存在的某一范围）。只有准确定位机车受电弓不在“危险区”内，才可以采用“合前方网隔前行或合后方网隔退行”的方式救援。如当时不能确定受电弓的准确位置，则只能采用机车救援。详细说明如下：
图1为八跨三断口分相结构图。当列车停于分相无电区时，在不考虑检调误差的情况下先通过机车司机了解受电弓位于中心柱前方或后方，如受电弓位于中心柱前方，则合前方网隔（W2）前行；如受电弓位于中心柱后方，则合后方网隔（W1）退行足够距离再前行闯分相。
在考虑检调误差的情况下，我们必须考虑在“危险区”范围内，有可能出现非工作支低于工作支的现象。如果仍然采用上述方法，可能造成严重后果。例如当机车受电弓位于A点（图中黑三角）处，合上W1网隔后，中性线1带电，如果存在检调误差的话，“危险区”内中心柱左侧中性线2可能低于中性线1。此时受电弓与中性线2（不带电）实接触，与中性线1（带电）虚接触。在这种情况下机车压互可以检测到网压，可以合主断路器启动机车，虚接取流产生电弧，且机车启动时受电弓位移缓慢，持续电弧可能烧损或烧断接触网。这是一个客观存在的、并对运行安全构成威胁的潜在风险。
在救援过程中，需要列车调度员下令，命令机车司机下车确认受电弓位置（位于XX#接触网支柱XX方向多少米），并且动车的受电弓距离车头还有几节车厢的距离，机车司机下车走几节车厢的距离确认受电弓准确位置，然后回到司机室报告列车调度员。列车调度员通知供电调度员。供电调度员分析后选择救援方式。这一过程既复杂、又耗时，将严重影响运行。
2 改造方案
目前采用八跨三断口分相的高速铁路均为运营线路，将现有的八跨三断口分相改造为目前其他高铁普遍采用的六跨双断口双网隔分相，工程浩大、影响运行，是不现实的。因此我们提出一个简易方式，工程量小，又不影响正常运行。现详述如下：
如图2所示：将网隔W2的引线由a点倒至b点，然后再c、d点间加装电连接。改造后其效果在简单示意图上如图3所示：
即将网隔W2由“断口3”移到了“断口2”，用电连接将“断口3”短接。之所以采用以上方法是因为“断口1”与“断口3”的间距接近200m，重联动车组的双弓有短接异相电的风险。经如此改造后，1、2断口间的距离约96m，规避了这一风险。但是还存在一个问题就是纯无电区太短。当前新建高铁中普遍采用的六跨锚段关节式电分相其中心柱两侧非工作支绝缘子间距为20m（即纯无电区），即当发生动车带电过分相时引发持续电弧的距离。持续电弧的弧根会收缩至两绝缘子外侧。如图4所示：
如图5所示：八跨三断口分相改造后其“绝缘子1”与“绝缘子2”间的距离即替代了六跨锚段关节式分相的上述纯无电区距离。目前“绝缘子1”与“绝缘子2”间的距离为5m。改造时需将两绝缘子的间距加长至20m。拉长持续电弧的距离，增强去游离，促进电弧熄灭。这样改造后的分相在技术参数上就与目前高速铁路普遍采用的六跨锚段关节式电分相相同了。相关参数如图5所示：
并且八跨三断口分相是由三个四跨绝缘锚段关节叠加构成，各断口的绝缘距离及检调标准均符合要求且不需调整（六跨锚段关节式电分相是由两个四跨绝缘锚段关节叠加构成）。改造时，只需倒接网隔引线、加装电连接并将绝缘子1与绝缘子2间的距离加长即可。这些工作均可利用天窗时间完成，不会对运行造成影响。
改造后既解决了电力机车掉入分相后的复杂救援过程，又使电分相具备了越区功能。将使目前采用八跨三断口分相的高速铁路的供电可靠性产生一个质的飞跃。如能配合磁枕倒移及LKZ换装等，还可减少列车惰性距离，有效提升运输潜力。
参考文献
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[2] 鞠静梅.高速电气化铁路的接触网电分相形式探讨[A] 铁道标准设计2007（9）
[3] 丁为民.三断口式接触网电分相装置原理及其应用[A] 北京：电气化铁道2007.4