7-8跨电分相

电气化铁路关节式电分相的研究

张和平

摘要：本文针对电气化铁路两种较常应用的关节式电分相的特点、存在的问题和解决的方案进行研究。。

关键词：电气化、电分相、锚段关节

一、关节式电分相的结构特点

1.七跨锚段关节式电分相结构分析

七跨式绝缘锚断关节式电分相，它是由二个4跨绝缘锚段关节交叉组合而成，从头到尾共有七个跨距，故称七跨锚段关节式电分相。其原理是利用2个四跨绝缘锚段关节的空气绝缘间隙来达到电分相的目的。中性区正常情况下不带电（无机车通过时），但不允许接地，其对地仍按25kv电压等级要求绝缘。一般考虑在关节处行车方向远端设置一台手动隔离开关，以疏导中性区的故障机车。七跨锚段关节式电分相如图1、2所示。

图1 七跨锚段关节式电分相结构图

图2 七跨锚段关节式电分相直线平面图

当电力机车准备经过电分相时，机车主断路器打开，受电弓不降弓通过。电力机车在电分相中性无电区范围内利用中性锚段来作工作支，使受电弓平稳的由一端正线锚段运行到另一端的正线锚段，该中性嵌入线从左侧的中1处变为工作支，到

右侧中2处开始抬升，变为非工作支，可保证约有100～150m长的中性区。机车乘务人员须按照设置的“断”、“合”、电力机车禁“停”标志断、合机车主断路器（如图3、4所示）。

为了保证电力机车正常通过绝缘锚段关节式电分相绝缘器，原则上要求单台受电弓升弓运行，确需多台受电弓同时升弓时，对受电弓间距离应做限制。

图3 下行方向行车标志的设置

图 4 上行方向行车标志的设置

2.八跨锚段关节式电分相结构分析

八跨锚段关节式电分相的结构如图5所示。图中Z表示直线区段；J表示绝缘锚段关节；ZJ为支柱装配形式。

图 5 八跨锚段关节式电分相的平面图不管是哪种型式，其结构都是利用2个绝缘锚段关节重合1跨或2跨，再增加

1个分相锚段组成，即：分相锚段与既有接触网的2个下锚支组成2个绝缘锚段关节并重合2个锚段关节的1跨或2跨，在分相无电区工作范围内利用分相锚段作工作支，而分相锚段与既有锚段间采用相间空气绝缘的装配形式，从而达到分相的目的。

八跨锚段关节式电分相由2个五跨绝缘锚段关节重合2跨组成，它比其他2种多了分相中心柱，其余结构相同。

（1）线索关系

八跨锚段关节式电分相的分相锚段及2个正线锚段线索的关系（如图6所示）。

图6 八跨锚段关节式电分相平面布置图

八跨锚段关节式电分相的中性无电区约35m；在整个锚段关节内2支接触悬挂的水平间距均为500mm。2支接触悬挂间空气绝缘间隙应450mm；为满足接触线工作坡度的变化率在正线关节转换区4‰的技术要求，也为了在中性无电区保持良好

的弓网关系，在关节区内加设了1个分相锚段，使分相关节有1段中性无电区，无电区段分相锚段作工作支。在转换柱g，E间和A，b间，分相锚段接触线与正线的接触线等高且比正线标准导高抬高约80mm，在进入过渡区前的转换柱b，g，a，h 处，分相锚段接触线做非工作支处理，采取逐段抬高方式，转换柱b，g处非工作支抬高150mm（若考虑200km时速，可抬高大于160mm），转换柱a～h处非工作支抬高500mm。即：转换柱A～b，E～g跨非工作支抬高70mm，转换柱a～b、g～h跨抬高350mm。使线索平滑抬高，便于关节悬挂调整，相邻的绝缘子串距分相中心（图6中D）约为10.5m，D处抬高支距分相锚段接触线抬高500mm。

（2）中性无电区与机车取流的双弓间距关系

八跨及其他锚段关节式的中性无电区与电力机车双弓间的距离有关，（如图7所示），八跨锚段关节式电分相中性无电区为35m，该距离应大于单机机车取流的

双弓间距，即当机车组2个受电弓之间有高压母线连接时，2个受电弓间的距离必须小于35m。当机车组的2个受电弓无高压母线连接，2个受电弓间的距离，应小于35m或者大于2绝缘转换柱h，a的绝缘子内侧间的距离（约250m），该距离以及中性无电区的长度均与电分相结构和跨距大小有关。

图7 八跨电分相中性无电区与机车受电弓位置关系示意图通过电分相时，高压母线连通的机车组之间的不同机车禁止同时升弓，机车断合标及禁止双弓标位置（如图8所示）。

中性区正常情况下不带电（无机车通过时），但不允许接地，其对地仍按25kV 电压等级要求绝缘。可考虑在关节处行车方向远端设置一台手动隔离开关，以疏导中性区的故障机车。

图8 电分相处断合标与禁止双弓标位置示意图

二、关节式电分相在运营中存在问题的分析

由于锚段关节式电分相（以下简称关节式电分相）由2个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在的硬点大的问题，在我国新建电气化铁路及提速改造中被普遍采用。

第一，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，2个关节的衔接布置也有多种方式，关节式电分相存在四跨、五跨、七跨、八

跨、九跨、十跨、十二跨等多种型式，中性区距离也长短不一。这些关节式电分相的共同特点是均由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成。由于关节式电分相由2处空气绝缘间隙实现电气绝缘，即使是2个电气隔离的受电弓（如多机牵引、电力机车附挂、牵引机车后挂有接触网检测车、多弓运行的电动车组等情况）在受电弓间距不满足限制条件时都有可能造成相间短路。实际运行中，这类故障已经多次发生。

第二，机车断电迟缓、送电太早或未断电通过分相时均能造成拉弧烧伤、烧断承力索造成事故。

关节式电分相线索烧损原因分析：电力机车在通过七跨锚段关节式电分相时，如果出现机车司机疏忽、麻痹大意，断电不及时、忘记断电或送电太早等原因，均可能造成受电弓拉弧烧伤电分相中性无电区内承力索、导线，严重者甚至烧断承力索。

关节式电分相线索烧损基本是由于中性段和带电导线间产生大电流电弧造成

的高温烧损。线索烧损部位大多集中在第一和第二起弧点跨内和交叉跨内，（如图9）。其主要原因有以下几点：

图9 七跨关节式电分相平面示意图

1、电力机车在不断载情况下快速通过电分相时，因拉弧造成弧光相间短路烧损线索。

2、电力机车通过电分相时因过电压造成机车放电间隙击穿，短路电流在中性线和带电线间产生电弧烧损线索，这种故障发生的概率较大。

3、关节式电分相结构参数检调时，中心柱两侧线索及吊弦水平间距设置偏小，各支柱拉出值布置不合理，进行安装调整时通常比照四跨绝缘关节检调，水平间距一般控制在450mm左右，对各支柱拉出值的布置往往只关注于满足水平间隙要求，