牵引供电研究报告2

关于电分相的类型以及机车过电分相方式问题的研究报告
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，因此选用好电分相以及改善机车过电分相的性能才对列车行车安全、稳定非常重要。

因此本文就电分相的类型以及机车过电分相两个方面做如下分析。

1电分相问题
1.1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，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。

绝缘子串
承力索
接触线
分相绝缘元件
18660
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。

一般新线建设时速为120Km以上的线路应采用关节式电分相.
1.2常用电分相形式
常用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2～图8）。

图2 法国北干线双三跨关节式电分相（五跨）
图3 高速动车六跨电分相示意图
图4 双四跨关节式电分相（七跨）
图5 京广线石桥—临颍双五跨关节式电分相示意图（八跨）
中性区
接触线
受电弓
中心
↓800
↓300
↓200
↓800
↓300↓300
↓300
↑200
↑300
↑300
↑800↑300
↑300
↑800中性区
图6 哈大线双五跨关节式电分相示意图（九跨）
图7 哈大线双五跨关节式电分相示意图（十跨）
图8 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3、图8所示。

图3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8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，
接触线
受电弓中心↑300
↑800↑300
↑200↑300
↑800
↑300
↑300
↓300
↓200
↓800
↓300↓300↓200
↓300
↓800
↓300
↑200中性区
中性区
↓200
↓200
↓200
↓200
↓200
↓200↓200
↓200↓200
↓200↓200
↑200
↑200
↑200↑200
↑200↑200
↑200
↑200
↑200
↑200
↑200
受电弓中心接触线
无电区>220 m
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电力机车过电分相问题
随着列车提速及高速电气化铁路的发展,过去的人工过电分相的方式显然已经不满足铁路高速的发展趋势,于是出现了车载断电自动转换电分相装置、地面电分相自动转换装置和柱上式网上断载自动过电分相装置。

2.1.车载断电自动转换电分相装置原理
车载断电自动转换电分相装置包括地面感应装置（地感器）、车载感应接收装置（信号接收器）、主电路设备和控制设备。

（1）地面感应器
本系统采用在轨道上埋设磁性感应器的方式对分相区间进行定位，地感器采用三点交错定位，以单线为例说明，其布置如图1所示。

图9 单线路区段地面感应器的埋设方式
1# 地面感应器是机车过电分相的预备信号，当机车接收到该信号时，控制装置根据即时时速计算延时动作时间，一直延时到执行自动过电分相的系列动作。

2# 地面感应器是过电分相时的即时断电信号，同时是机车反向运行时的恢复信号，为了防止没有接收到过电分相的预备信号，它还起到应有的保护作用。

当机车收到该信号时，控制装置立即执行自动过电分相的全部动作。

3# 地面感应器是通过电分相后的自动恢复信号，同时是机车反向运行时的立即断电信号。

当机车上感应器接收到该信号时，控制装置自动执行合主断路器、合辅机等系列动作。

2）车载感应接收器
车载感应接收器主要用于接收地面感应器的信号。

为便于控制，地面感应器采用三点式布置，这就要求车上感应器必须分别安装在机车的两侧。

在机车以前进方向为基准方向时，2#车载感应接收装置应能最早接收到1# 地面感应器的信号，这个信号是预备信号，控制装置自动启动、计算延时等一系列动作。

在机车继续前进时，1#、3# 车载感应器应能先后接收到3# 地面感应器的信号，这时，控制装置应无条件执行断电过电分相的一系列动作。

反向运行时，动作过程类似。

70m
45m
分相区间
45m
2#70m
4#
3）控制装置
控制装置通过航空插座与机车的控制电路、速度信号和感应接收信号接通。

各点的信号经过控制装置的各路信号调理电路调整，再通过可编程控制器进行信息处理。

车载断电自动转换过电分相系统的一个重要组成部分是分布在每个分相点的地面感应器。

装置通过地面感应器接收到的分布在分相点轨道两边的地面感应器信号，来判断是临近分相点或是已经过了分相点，并发出相应的控制信号。

为了保证车载断电自动转换过电分相控制装置的正常工作，机车的合主断路器信号会使控制装置初始化，并使各状态标志位为等待过电分相点的状态。

2.2地面电分相自动转换装置原理
该系统是采用地面开关组成的自动转换装置，工作原理如图10所示。

A相B相
中性段
1CG2CG34CG
图10地面自动转换电分相装置工作原理图
地面过电分相自动转换装置设在锚段关节的分相区，在锚段关节的分相区处嵌入一个中性段，其两端分别由空气绝缘器间隙1JY、1JY与两相绝缘网绝缘。

两台真空负荷开关1ZK、2ZK分别跨接在1JY、1JY上，使绝缘网两相能通过1ZK及2ZK分别向中性段供电；在线路边设置四台机车位置传感器1CG、2CG、3CG、4CG1。

无车通过时两台真空负荷开关均断开，中性段无电。

当机车从A相驶来，到1CG处时，真空负荷开关1ZK闭合，中性段接触网由A相供电，待机车进入中性段，到3CG处时，1ZK分断，2ZK随即迅速闭合，完成中性段供电的换相交换。

由于此时中性段已由B相供电，机车可以在不用任何附加操纵、负荷基本不变的条件下通过电分相区段，带机车驶离4CG处后，2ZK分断，装置回零，各项设备恢复到无机车通过时的状态。

当反向来车时，由控制系统自动识别，控制两台真空负荷开关以相反顺序轮流断开与闭合。

1.3.柱上式网上断载自动过电分相装置原理
系统组成柱上式网上断载自动过电分相装置的特点是其自动转换过电分相的设备在支柱上；其次在过电分相的瞬间，对电力机车实行断电；另外是设备简单，节省地面空间，且减少维护费用。

网上断载自动过电分相装置，是在接触网的电分相中性区域安心黄相应实现自动过电分相的装置设备，是现在无人为干扰的情况下，机车自动通过电分相区域。

其基本原理如图。

图11网上断载自动过电分相装置示意图
图11中L1、L2为磁控线包，K1、K2为真空灭弧室，MDA 位过电压吸收器，x-y 段为中性段绝缘滑道，2、3为两个分段绝缘器。

假使机车由左至右行驶，由A 相驶入，依次经过ab 、cd 、xy 、ef 、gh 各区段，进入B 相。

当机车行驶到1—2的位置，即进入线包受流区时，机车通过磁控线包L1受流，真空灭弧室K1合闸，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供电的分短区，真空灭弧室分闸，机车断载。

此时机车不带电通过2—3之间的电分相x-y 主绝缘区。

通过了3以后，机车通过B 相的受流线包L2得到B 相的电流，经过4以后，由B 相供电。

机车反方向行驶时，同理，依次由B 相过渡到A 相。

3总结
通过对电分相类型以及机车过电分相的了解，让我对牵引供电课程和接触网工程两门学科都有了更加全面的认识。

电气化铁路电分相以及机车过电分相的常见问题还有许多，要解决这些问题，需要各专业综合协调确定，不可以偏概全，采用那种分相形式和那种过电分相方式也应具体情况具体分析，灵活选用，忌生搬硬套，强求统一。

MDA
L1
K1
K2
L2
MDA
A
27.5KV
a
b c d x
y e
B
27.5KV
电力机车
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4。