城际铁路接触网电分相技术研究

李庆军

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,710043,西安∥工程师)



城际铁路接触网电分相技术研究

李庆军

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,710043,西安∥工程师)

根据城际铁路的特点,分析得出了城际铁路对接触网电分相设置的影响因素。在保证弓网受流良好和尽量减小对列车运行速度影响的原则下,提出了适用于城际铁路的接触网电分相结构形式,以及电分相地面标识牌、电分相地面磁感应器等的设置要求。

城际铁路; 接触网电分相; 电分相磁感应器; 电分相标识牌

Author′s address China Railway First Survey & Design Institute Group Co.,Ltd.,710043,Xi′an,China

随着我国国民经济的发展,城镇化建设加快,为满足区域经济和城市群内部日益增长的客运需求,在城市群间修建城际铁路是我国铁路建设发展的重点。由于城际铁路的独特性,其电分相设置,原则上不能完全参照国家铁路电分相的相关规定,因此,有必要对城际铁路电分相技术进行系统研究,为城际铁路电分相设计提供参考。

1 城际铁路接触网电分相的设置原则

城际铁路是指经济发达、人口稠密地区中心城市之间大运量、快速、衔接合理的公交化轨道交通。与国家干线铁路相比,其长度一般不超过400 km,凸显的是网络化、公交化特征,是现在国际上城市群内合理、有效的交通方式。其基本特点为高密度、小编组、公交化及方便快捷[1]。

根据城际铁路的特点,分析得出城际铁路对接触网电分相设置的影响因素:①设计速度在200 km/h及以下、仅运行动车组列车的客运铁路,不考虑普通电力机车上线运营;②列车为小编组,一般采用8辆编组,受电弓按单弓运行考虑。

基于以上分析,城际铁路电分相设置的基本原则为:动车组高速通过接触网电分相时,应保证弓网关系稳定,受电弓良好取流;电分相断电区应尽可能短,尽量减小动车组通过时对运行速度的影响。

2 城际铁路接触网电分相的设置

2.1 现有电气化铁路接触网电分相结构

现有电气化铁路接触网电分相分为器件式和关节式两种结构。器件式电分相由3个分相绝缘器组成;关节式电分相一般由2个或3个绝缘关节组成,根据中性段的个数,其结构可分为2断口、三断口两种类型。关节式电分相可由2组或3组四跨、五跨绝缘关节按重叠或不重叠组合成多种跨别的长短分相形式,以满足不同的机车或动车组的运营要求。

2.2 城际铁路接触网电分相结构选择

器件式电分相目前大多数运营在设计速度为120 km/h以下线路,由于其自身质量产生的硬点导致其容易打碰受电弓而引发弓网故障,因此器件式电分相不能适应城际铁路快速运行的要求。关节式电分相采用的是相间空气绝缘工作原理,这不仅能够提高供电的可靠性,而且弓网取流的质量和安全性也得到了很好的保证[7],能够满足各种速度下电气化铁路发展的需要,因此,城际铁路接触网电分相应采用关节式结构。

2.2.1 关节式电分相跨数选择

目前,我国电气化铁路中采用的两断口关节式电分相主要有六跨、七跨、十一跨、十三跨、十六跨等,三断口关节式电分相主要为八跨。八跨三断口关节式电分相具有能适应多弓运行、不受弓间距限制等优点,但其结构复杂,无电区较长,一般适用于客货混运,多机重载铁路;而对于单弓或双弓运行的客运铁路,一般采用两断口关节式电分相。由于城际铁路动车组为单弓运行,为尽量减小动车组过分相后的速度损失,城际铁路接触网电分相结构宜选用无电区较短的六跨关节式电分相(见图1)。

图1 六跨关节式电分相示意图

2.2.2 关节式电分相跨距长度的选择

为减小动车组过分相后的速度损失,电分相中性区段应尽量短,从而每个跨距应尽可能小。接触线下锚偏角及非工作支抬高量是确定最小跨距长度的决定因素。

按照《铁路电力牵引供电设计规范》的规定,接触线偏角一般情况下不大于6°。若侧面限界为3.1 m,支柱的半宽为0.2 m,则考虑接触线下锚偏角因素情况下,关节式电分相最小跨距为31.4 m。

按照《铁路电力牵引供电设计规范》的规定,绝缘关节转换柱非工作支的抬高量正常情况下不应小于500 mm。若四跨绝缘关节非工作支需从中心柱到转换柱一次抬高500 mm,最小跨距应保证在中心柱处不产生上拔力,则考虑接触线非工作支抬高量因素情况下,关节式电分相最小跨距为:

(1)

式中:

T——张力,kN;

F——抬高量,m;

G——单位自重负载,kN/m。

几类典型接触线规格的额定张力与关节式电分相最小跨距之间的匹配关系见表1。

表1 不同规格接触线的额定张力与关节式电分相最小跨距之间的匹配关系

综合考虑接触线下锚偏角和非工作支抬高量因素,关节式电分相最小跨距应取为38.5 m,再考虑到施工误差等因素,关节式电分相跨距长度宜取为40 m。

2.3 接触网电分相设置位置要求

(1) 电分相应尽量避免设置在连续大坡道、变坡点及出站加速区段,以尽量减小对列车行车速度的影响。

(2) 电分相应优先考虑设置在路基及桥梁区段,尽量避免设置在隧道区段,以便于检修维护管理,保证运输安全。

(3) 为保证列车全车过分相又接到停车信号后能够安全地停在电分相之外,同时为保证列车在信号机处停车启动以及启动后能够以惯性安全、可靠地通过电分相,电分相中性区段至最近信号机的距离不应小于350 m。

(4) 电分相的设置位置应经行车、信号及供电专业检算确认。

3 接触网电分相地面标识牌的设置

电分相地面标识牌是列车自动过分相的后备措施,一旦发生自动控制设备故障或未投入使用时,司机可根据地面标识牌采用人工控制方式实现列车断电过分相。

3.1 人工控制过分相工作原理

由于城际铁路仅通行动车组列车,因此,在列车运行前进方向只需设置“断”标和“合”标。当列车在“断”标处未完成断开主断路器实现列车取流为0时,司机应立即手动强迫启动断开主断路器的分闸流程;当列车通过“合”标处,尚未启动合闸流程时,司机可手动强迫启动合闸流程。

3.2 电分相地面标识牌的设置位置

为避免动车组带电通行中性区段导致接触网损伤,“断”标的位置应适当考虑人工操作的反应时间,应延迟1.0 ～1.5 s的安全预量,可参照《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)和原铁道部铁运[2011]49号文《关于设置高速铁路电分相标识暂行规定的通知》的规定设置,“断”标的位置宜设置在距中性区段起始点80 m处。

“合”标的位置应根据中性区段终止位置及动车组末端受电弓距头部驾驶室距离设置,确保动车组通过该处后,受电弓能离开中性区段,以防止发生相间短路事故并保障设备的安全。

目前我国适用于城际铁路运行的设计速度为200 km/h及以下的动车组有CRH1、CRH2、CRH5及CRH6,不同型号的动车组末端受电弓距头部驾驶室距离见表2。

表2 不同型号动车组末端受电弓距列车头部驾驶室距离

根据表2可得出,“合”标宜设置在距中性区段终止点不小于176.5 m处,再考虑到施工误差等因素,该值取为180 m。

综上所述,城际铁路接触网电分相“断”标宜设置在距中性区段起始点80 m处,“合”标宜设置在距中性区段终止点180 m处,如图2所示。线路反方向按相同原则设置。

图2 城际铁路接触网电分相地面标识牌示意图

4 接触网电分相地面磁感应器的设置

电分相地面磁感应器是车载自动过分相的地面定位信号,当列车上的车载控制设备采集到地面磁感应器提供的“预告点”、“强迫断点”、“恢复1”和“恢复2”过分相信息时,能及时控制主断路器的分闸或合闸,实现自动控制列车断电过分相。

4.1 车载自动过分相工作原理

列车正向运行时,当列车前端通过“预告点”处时,车载控制设备开始向列车发送预告模式断电过分相指令(启动主断路器分闸流程);在“强迫断点”处如果还未完成主断器分闸则立即进入强迫断模式(强迫实现主断路分闸);当列车前端通过“恢复1”或“恢复2”处时,车载控制设备向列车发送“合主断”即撤销过分相操作的指令(实现主断路器合闸)。列车反向运行时采用对应的反向过分相信息指令实现自动控制过分相。

4.2 地面磁感应器的设置位置

对于设计速度250 km/h以下的中高速铁路,TB/T 3197—2008《车载控制自动过分相系统技术条件》对地面磁感应器的设置给予明确,规定了“a=35 m,b=170 m”。城际铁路若执行TB/T 3197—2008标准的规定,则动车组在电分相“断”标后断电,存在带电通行中性区段导致接触网损伤的风险。

为适应城际铁路动车组在电分相“断”标前实现断电的要求,a值宜不小于80 m(“断”标处),考虑到施工误差等因素,a值取为85 m,b值仍为170 m，如图3所示。同时为适应城际铁路动车组在电分相“合”标后实现合电的要求,应将“恢复2”作为“合主断”指令信号。

5 结语

(1) 城际铁路接触网电分相结构宜选用六跨锚段关节式电分相,跨距长度宜取40 m。

(2) 城际铁路电分相地面标识牌“断”标宜设置在距中性区段起始点80 m处,“合”标宜设置在距中性区段终止点180 m处。

图3 城际铁路接触网电分相地面磁感应器示意图

(3) 城际铁路电分相地面磁感应器宜设置在a值为85 m,b值为170 m处,并且应将“恢复2”作为“合主断”指令信号。

[1] 国家铁路局.城际铁路设计规范:TB 10623—2014[S].北京:中国铁道出版社,2015.

[2] 中华人民共和国原铁道部.铁路电力牵引供电设计规范:TB 10009—2005[S].北京:中国铁道出版社,2005.

[3] 国家铁路局.TB 10621—2014,高速铁路设计规范:TB 10621—2014[S].北京:中国铁道出版社,2015.

[4] 中国铁路总公司.铁路技术管理规程(高速铁路部分):TG/01—2014[S].北京:中国铁道出版社,2014.

[5] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2003.

[6] 周凡.大西客运专线接触网电分相的选择与应用[J].铁道工程学报,2010(6):79.

[7] 杨有福.电气化铁路锚段关节式电分相选型探讨[J].企业技术开发,2014(10):110.

[8] 范海江,张曼华,候震宇.高速铁路接触网电分相设计[J].铁道标准设计,2011(9):90.

[9] 敖晓峰,刘仕兵.车载断电自动过分相装置[J].电气化铁道,2006(2):5.

[10] 中华人民共和国原铁道部.车载控制自动过分相系统技术条件:TB/T 3197—2008[S].北京:中国铁道出版社,2008.

[11] 中国铁路总公司.关于印发《接触网电分相标识设置补充规定》的通知:铁总运[2015]145号[S].

[12] 中华人民共和国原铁道部.关于印发《客运专线铁路牵引供电及电力供电系统集成若干问题的指导意见》的通知:铁集成[2010]258号[S].

Research on Electric Section Insulator Technology for Inter-city RailwayLI Qingjun

According to the characteristics of intercity railway, the influential factors of the intercity railway on the electric phase insulator setting are analyzed. Under the principle of ensuring good bow net condition and minimum influence on train running speed, the electric phase insulator structure of overhead contact wire, the electrical phase ground signs and electrical ground magnetic sensors suitable for intercity railway are proposed.

intercity railway; electric phase insulator; electric phase insulator magnetic sensor; electric phase insulator sign

U 225.4

10.16037/j.1007-869x.2016.05.018

2015-07-27)