接触网课程设计高速电气化铁路接触网电分相形式探讨

自动化与电气工程学院接触网技术课程设计接触网技术课程设计报告班级：电气****学号：*********姓名：某某某指导教师：某某某评语评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：评语：2012年02月目录1基本题目 11.1题目 11.2题目分析 12.题目：高速电气化铁路接触网电分相形式探讨 12.1概述 12.2电气化铁路接触网电分相的分类 12.3绝缘锚段关节 22.4锚段关节转换跨距和动车受电弓间距的确定 42.5常用电分相形式 52.6电分相设置要求 72.7目前电分相常见问题 83.结论与体会 8参考书目 9自动化与电气工程学院接触网技术课程设计

1基本题目1.1题目高速电气化铁路接触网电分相形式探讨。1.2题目分析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，本文列举并分析了国内常用的电分相形式，对电分相有一个全面的介绍，希望能对今后高速铁路接触网电分相的认识和学习有所帮助。2题目：高速电气化铁路接触网电分相形式探讨2.1概述目前我国电气化铁路电力机车和动车都采用单相供电，为平衡电力系统各相负荷，牵引供电一般实行三相电源相序轮换供电，即电气化铁道牵引变电所向接触网供电的馈线是不同相的，保证铁路牵引供电网实现相与相之间电气隔离，在不同相供电臂的接触网对接处设置了绝缘结构，称电分相。我国高速铁路电分相一般设置在牵引变电所出口处及供电臂末端、铁路局分界处，主要由接触网部分、车载装置、地面信号装置等组成。我国早期电气化铁路采用结构复杂的接触网八跨、六跨、五跨等双绝缘锚段关节组成的电分相（简称关节式电分相）。在20世纪80～90年代电气化工程改造中普遍采用绝缘材料制作的结构简单的器件式电分相。随着铁路不断提速，为了尽量减少接触网上硬点，保护机车受电弓和接触线，减少弓网事故率，满足列车受流要求，到20世纪末我国电气化铁路提速改造中又普遍采用由两个绝缘锚段关节组成的关节式电分相。目前我国和大多数国家的高速电气化铁路电分相均采用这种形式，这类电分相能克服器件式电分相在列车高速行驶时存在的硬点问题。可以预见，它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式。2.2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。常用器件式电分相构造图如图1所示，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。图1器件式电分相结构图(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。根据郑州铁路局多年来的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，当运行速度超过60Km/h时，就要采用锚段关节式空气间隙绝缘方式。根据郑州铁路局运行经验，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（图2～图4）。(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。图2三跨绝缘锚段关节图3四跨绝缘锚段关节图4五跨绝缘关节另一方面，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锚段关节转换跨距和动车受电弓间距的确定(1)锚段关节转换跨距新线建设规定,最高速度为120Km/h时曲线半径最小一般为1200m，困难时800m,既有线提速时也为800m。由于曲线半径越大，允许通过的速度越高，因此，为统一跨距的设计，可按照曲线半径为800m进行120Km/h以上接触网绝缘五跨的转换跨距设计。按照接触网设计原理，转换跨距的大小主要由满足跨中接触线位置在最大风偏时不超过受电弓允许的最大拉出值及误差确定。最大风偏则可由接触线张力和跨距、支柱挠度、风载体形系数、风速、接触线直径计算而来。国内几条电化线路800m曲线半径的绝缘转换选用跨距情况如表1。表1国内电气化铁路800m曲线半径的绝缘转换跨距选用情况线别接触线类型接触线张力/KN最大风速/m·绝缘关节转换跨距选用值(计算值)/m哈大Ris100103024~42哈大Ris100103524~40京郑CTHA120132540(53.84)广深CTHA120133040(47.1)郑武CT110102245(46.18)从表1中可以看出,尽管各条线路设计最大风速、接触悬挂类型不同,绝缘关节转换跨距选用值却相差不多。可统一绝缘锚段关节转换跨距为40m。(2)我国动车组受电弓间距目前，国内主要动车组车型及其上配置的受电弓安装位置及间距见表2，动车组双列重联时的升弓模式及间距见表3。表2国内动车组主要参数CRH1CRH2CRH3CRH5动车组总长/mm214000201400200670211500受电弓安装位置2、7车4、6车2、7车3、6车单编组双弓间距/m15250106.7558.7表3国内动车组双列重联弓间距汇总升弓模式CRH1CRH2CRH3CRH5前弓—前弓/m214201.4200.67211.5前弓—后弓/m366251.4307.42270.2后弓—后弓/m214201.4200.67211.5根据《铁路客运专线技术管理办法》(300～350Km/h部分)第174条规定，两列动车组重联时各升一架受电弓运行，采用前后车均升前弓或前后车均升后弓的方式。根据表2，工作受电弓间距为200～215m。2.5常用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、十跨、十二（三）跨（图5～图11）。图5法国北干线双三跨关节式电分相（五跨）从电力机车高速受流角度看，分相绝缘装置中性区长度越短越好。图8的布置方式要求在中间一根支柱上安装三支接触悬挂或增加一根支柱(石桥—临颍分相当时改造时即是如此，哈大线则设置了两根钢柱)，结构稍显复杂。图10的布置方式则要求在中间一根支柱上同时做两个方向的下锚，这样的安装方式工程上需做特殊处理。图11的安装方式显然中性区段过长，当然，这样布置的原因可能也是为了满足有多个受电弓的动车组使用，如两个受电弓间距小于225m，则不需要降下一个受电弓通过。图6高速动车六跨电分相示意图图7双四跨关节式电分相（七跨）图8京广线石桥—临颍双五跨关节式电分相示意图（八跨）图9哈大线双五跨关节式电分相示意图（九跨）图9的布置方式克服其他3种方式结构上的不足，中性区长度只比图7增加30~40m左右的一跨，即可满足安装的要求。综合上述考虑，建议机车单弓运行线路双五跨关节式电分相按照图9方式布置。图10哈大线双五跨关节式电分相示意图（十跨）图11高速动车双五跨关节式电分相示意图（十二或十三跨）目前我国新建高速线路中常用电分相形式如图6、图11所示。图6设置方式由2个4跨绝缘锚段关节重叠2跨构成，为6跨形式，按满足双列重联动车组正常工作双弓弓间距200～215m设计，中性段长度小于200m、无电区长度约30m。武广客专部分区段、哈大客专、京石客专、郑武客专部分区段等客运专线按此设计。但这种形式电分相中间支柱需要安装3套腕臂来分别悬挂3支接触悬挂，使安装调整比较复杂，且需要双支柱实现。图11设置方式由2个5跨缘锚段关节加2（或3）跨中间柱装配构成，为l2（或13）跨形式，按满足双列重联动车组正常工作双弓弓间距200～215m设计，接触网电分相无电区长度大于220m；京津城际高速铁路采用的12（或13）跨形式电分相形式、郑西客专采用的16跨形式电分相按此原则设计。2.6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。2.7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12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。图12两个受电弓同时短接电分相两个空气间隙示意图(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