接觸網(wǎng)課程設(shè)計高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相形式探討

自動化與電氣工程學(xué)院接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計報告班級：電氣****學(xué)號：*********姓名：某某某指導(dǎo)教師：某某某評語評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：評語：2012年02月目錄1基本題目 11.1題目 11.2題目分析 12.題目：高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相形式探討 12.1概述 12.2電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相的分類 12.3絕緣錨段關(guān)節(jié) 22.4錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距和動車受電弓間距的確定 42.5常用電分相形式 52.6電分相設(shè)置要求 72.7目前電分相常見問題 83.結(jié)論與體會 8參考書目 9自動化與電氣工程學(xué)院接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計

1基本題目1.1題目高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相形式探討。1.2題目分析電分相是為了滿足接觸網(wǎng)不同相供電而在兩相交接處設(shè)立的分相隔離裝置，電分相類型和材質(zhì)的不同對機(jī)車受電弓取流的穩(wěn)定性、受電弓的質(zhì)量、列車最高速度和牽引變電所繼電保護(hù)等都有影響。當(dāng)今電氣化鐵路不斷提速，對行車安全要求很高，因此選用好電分相才對列車行車安全、穩(wěn)定非常重要，本文列舉并分析了國內(nèi)常用的電分相形式，對電分相有一個全面的介紹，希望能對今后高速鐵路接觸網(wǎng)電分相的認(rèn)識和學(xué)習(xí)有所幫助。2題目：高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相形式探討2.1概述目前我國電氣化鐵路電力機(jī)車和動車都采用單相供電，為平衡電力系統(tǒng)各相負(fù)荷，牽引供電一般實行三相電源相序輪換供電，即電氣化鐵道牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的饋線是不同相的，保證鐵路牽引供電網(wǎng)實現(xiàn)相與相之間電氣隔離，在不同相供電臂的接觸網(wǎng)對接處設(shè)置了絕緣結(jié)構(gòu)，稱電分相。我國高速鐵路電分相一般設(shè)置在牽引變電所出口處及供電臂末端、鐵路局分界處，主要由接觸網(wǎng)部分、車載裝置、地面信號裝置等組成。我國早期電氣化鐵路采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的接觸網(wǎng)八跨、六跨、五跨等雙絕緣錨段關(guān)節(jié)組成的電分相（簡稱關(guān)節(jié)式電分相）。在20世紀(jì)80～90年代電氣化工程改造中普遍采用絕緣材料制作的結(jié)構(gòu)簡單的器件式電分相。隨著鐵路不斷提速，為了盡量減少接觸網(wǎng)上硬點，保護(hù)機(jī)車受電弓和接觸線，減少弓網(wǎng)事故率，滿足列車受流要求，到20世紀(jì)末我國電氣化鐵路提速改造中又普遍采用由兩個絕緣錨段關(guān)節(jié)組成的關(guān)節(jié)式電分相。目前我國和大多數(shù)國家的高速電氣化鐵路電分相均采用這種形式，這類電分相能克服器件式電分相在列車高速行駛時存在的硬點問題。可以預(yù)見，它也必將成為我國高速電氣化鐵路的首選型式。2.2電氣化鐵路接觸網(wǎng)電分相的分類接觸網(wǎng)換相供電時每隔20～30Km就設(shè)一個電分相，電氣化鐵路電分相從結(jié)構(gòu)劃分有器件式和關(guān)節(jié)式兩大類。(1)器件式電分相器件式電分相是利用電分相絕緣器串接在一起而形成一種在電氣上分開、在機(jī)械上不分段的電分相結(jié)構(gòu)。常用器件式電分相構(gòu)造圖如圖1所示，其是由三組分相絕緣元件串接在接觸線中而構(gòu)成的分相設(shè)備，絕緣元件為環(huán)氧樹脂玻璃布層壓板，每個絕緣元件長度為1.8m，寬度為25mm，高度為60mm，在底部開有斜溝槽。也有用四組絕緣元件串聯(lián)組成分相器的，增加一組絕緣元件是為了增加可靠性，同時增加中性區(qū)的有效長度，以適應(yīng)高速及新型電力機(jī)車運行的需要。圖1器件式電分相結(jié)構(gòu)圖(2)關(guān)節(jié)式電分相關(guān)節(jié)式電分相是利用兩組或三組絕緣錨段關(guān)節(jié)組成的一種在電氣和機(jī)械上都分開的電分相裝置。由于絕緣錨段關(guān)節(jié)有三跨、四跨和五跨3種型式，錨段關(guān)節(jié)跨距長度不同，兩個關(guān)節(jié)的銜接布置也有多種方式，中性區(qū)距離也長短不一，造成目前關(guān)節(jié)式電分相存在五跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十跨、十二(十三)跨等多種型式。根據(jù)鄭州鐵路局多年來的接觸網(wǎng)動態(tài)檢測結(jié)果，相同條件下器件式電分相的硬點平均為接觸網(wǎng)的3～6倍，而且運行速度越高，硬點差值越大。據(jù)統(tǒng)計，同樣一組器件式電分相，當(dāng)速度為120、140、160Km/h時，其硬點分別約為30、60、110g，而鐵道部規(guī)定是≤50g。可以說，當(dāng)運行速度超過120Km/h時，器件式電分相是很難滿足安全運行的。法國電氣化鐵路部門認(rèn)為運行速度為60Km/h及以下時，可采用絕緣件作為電分段，當(dāng)運行速度超過60Km/h時，就要采用錨段關(guān)節(jié)式空氣間隙絕緣方式。根據(jù)鄭州鐵路局運行經(jīng)驗，靠加強(qiáng)維修和調(diào)整來減小器件式電分相的硬點是很困難的，即使耗費大量的人力和物力，效果也難以令人滿意。器件式電分相嚴(yán)重惡化弓網(wǎng)關(guān)系，其接頭線夾處接觸線磨耗很快，有機(jī)絕緣桿件運行環(huán)境惡劣容易發(fā)生事故，故應(yīng)盡量減少使用。建議新線建設(shè)時速為120Km以上的線路應(yīng)采用關(guān)節(jié)式電分相。2.3絕緣錨段關(guān)節(jié)構(gòu)成電分相的絕緣錨段關(guān)節(jié)有3種形式：三跨、四跨、五跨（圖2～圖4）。(1)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)與三跨、五跨絕緣錨段關(guān)節(jié)相比，四跨錨段關(guān)節(jié)多了一根中心柱。正常狀態(tài)下，受電弓在中心柱處同時接觸兩支接觸線，從一個錨段過渡到另一個錨段。但由于要滿足絕緣的要求，中心柱就需采取特殊定位方式。一種方式是采用反定位管低頭的特殊安裝方式，這使得接觸網(wǎng)穩(wěn)定性降低；另外的方式是一根定位器采用特型定位器(直線區(qū)段)或兩根均采用特型軟定位器(曲線區(qū)段)，而該類定位器因為結(jié)構(gòu)原因要滿足強(qiáng)度要求采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)量大于提速區(qū)段普遍采用的鋁合金定位器，又由于中心柱處受電弓要同時抬起兩支接觸線，這樣就對接觸網(wǎng)彈性造成了較大的影響，不利于受電弓高速受流。圖2三跨絕緣錨段關(guān)節(jié)圖3四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)圖4五跨絕緣關(guān)節(jié)另一方面，提速區(qū)段接觸線張力大，非支接觸線抬高量（一跨中抬高450～500mm）較大，中心柱處兩定位器會出現(xiàn)較大的上抬力。當(dāng)環(huán)境溫度變化時難以保證兩支接觸線等高，也對高速取流不利。根據(jù)哈大線的資料，四跨絕緣關(guān)節(jié)較多在800m及以下曲線半徑的線路采用。日本和法國則傾向于不采用四跨絕緣關(guān)節(jié)。(2)三跨與五跨絕緣錨段關(guān)節(jié)三跨與五跨絕緣錨段關(guān)節(jié)均是在跨中兩接觸線等高，受電弓實現(xiàn)從一個錨段向另一個錨段過渡。由于跨中彈性大，不會對受電弓運行造成大的影響。三跨絕緣錨段關(guān)節(jié)相比五跨，少了兩根轉(zhuǎn)換支柱，結(jié)構(gòu)簡單，但由于三跨轉(zhuǎn)換跨中坡度（7‰～8‰）大于五跨（2‰～4‰），也遠(yuǎn)大于接觸線坡度不宜大于3‰的標(biāo)準(zhǔn)，不利于高速受流。另一方面，從工程投資上講，五跨與三跨相比，不增加接觸網(wǎng)支柱，只是增加兩套定位支撐裝置和少量的接觸網(wǎng)，投資增加很少，就能更好滿足接觸網(wǎng)運行，也為接觸網(wǎng)進(jìn)一步提速創(chuàng)造了條件。因此，建議關(guān)節(jié)式電分相的錨段關(guān)節(jié)宜采用五跨。2.4錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距和動車受電弓間距的確定(1)錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距新線建設(shè)規(guī)定,最高速度為120Km/h時曲線半徑最小一般為1200m，困難時800m,既有線提速時也為800m。由于曲線半徑越大，允許通過的速度越高，因此，為統(tǒng)一跨距的設(shè)計，可按照曲線半徑為800m進(jìn)行120Km/h以上接觸網(wǎng)絕緣五跨的轉(zhuǎn)換跨距設(shè)計。按照接觸網(wǎng)設(shè)計原理，轉(zhuǎn)換跨距的大小主要由滿足跨中接觸線位置在最大風(fēng)偏時不超過受電弓允許的最大拉出值及誤差確定。最大風(fēng)偏則可由接觸線張力和跨距、支柱撓度、風(fēng)載體形系數(shù)、風(fēng)速、接觸線直徑計算而來。國內(nèi)幾條電化線路800m曲線半徑的絕緣轉(zhuǎn)換選用跨距情況如表1。表1國內(nèi)電氣化鐵路800m曲線半徑的絕緣轉(zhuǎn)換跨距選用情況線別接觸線類型接觸線張力/KN最大風(fēng)速/m·絕緣關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距選用值(計算值)/m哈大Ris100103024~42哈大Ris100103524~40京鄭CTHA120132540(53.84)廣深CTHA120133040(47.1)鄭武CT110102245(46.18)從表1中可以看出,盡管各條線路設(shè)計最大風(fēng)速、接觸懸掛類型不同,絕緣關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距選用值卻相差不多。可統(tǒng)一絕緣錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨距為40m。(2)我國動車組受電弓間距目前，國內(nèi)主要動車組車型及其上配置的受電弓安裝位置及間距見表2，動車組雙列重聯(lián)時的升弓模式及間距見表3。表2國內(nèi)動車組主要參數(shù)CRH1CRH2CRH3CRH5動車組總長/mm214000201400200670211500受電弓安裝位置2、7車4、6車2、7車3、6車單編組雙弓間距/m15250106.7558.7表3國內(nèi)動車組雙列重聯(lián)弓間距匯總升弓模式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根據(jù)《鐵路客運專線技術(shù)管理辦法》(300～350Km/h部分)第174條規(guī)定，兩列動車組重聯(lián)時各升一架受電弓運行，采用前后車均升前弓或前后車均升后弓的方式。根據(jù)表2，工作受電弓間距為200～215m。2.5常用電分相形式關(guān)節(jié)式電分相是由兩個絕緣錨段關(guān)節(jié)和中性嵌入線構(gòu)成，其構(gòu)成方式很靈活，組合成的電分相形式也多種多樣，以下為國內(nèi)外運行線路中常用電分相形式。分別為五跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十跨、十二（三）跨（圖5～圖11）。圖5法國北干線雙三跨關(guān)節(jié)式電分相（五跨）從電力機(jī)車高速受流角度看，分相絕緣裝置中性區(qū)長度越短越好。圖8的布置方式要求在中間一根支柱上安裝三支接觸懸掛或增加一根支柱(石橋—臨潁分相當(dāng)時改造時即是如此，哈大線則設(shè)置了兩根鋼柱)，結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜。圖10的布置方式則要求在中間一根支柱上同時做兩個方向的下錨，這樣的安裝方式工程上需做特殊處理。圖11的安裝方式顯然中性區(qū)段過長，當(dāng)然，這樣布置的原因可能也是為了滿足有多個受電弓的動車組使用，如兩個受電弓間距小于225m，則不需要降下一個受電弓通過。圖6高速動車六跨電分相示意圖圖7雙四跨關(guān)節(jié)式電分相（七跨）圖8京廣線石橋—臨潁雙五跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖（八跨）圖9哈大線雙五跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖（九跨）圖9的布置方式克服其他3種方式結(jié)構(gòu)上的不足，中性區(qū)長度只比圖7增加30~40m左右的一跨，即可滿足安裝的要求。綜合上述考慮，建議機(jī)車單弓運行線路雙五跨關(guān)節(jié)式電分相按照圖9方式布置。圖10哈大線雙五跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖（十跨）圖11高速動車雙五跨關(guān)節(jié)式電分相示意圖（十二或十三跨）目前我國新建高速線路中常用電分相形式如圖6、圖11所示。圖6設(shè)置方式由2個4跨絕緣錨段關(guān)節(jié)重疊2跨構(gòu)成，為6跨形式，按滿足雙列重聯(lián)動車組正常工作雙弓弓間距200～215m設(shè)計，中性段長度小于200m、無電區(qū)長度約30m。武廣客專部分區(qū)段、哈大客專、京石客專、鄭武客專部分區(qū)段等客運專線按此設(shè)計。但這種形式電分相中間支柱需要安裝3套腕臂來分別懸掛3支接觸懸掛，使安裝調(diào)整比較復(fù)雜，且需要雙支柱實現(xiàn)。圖11設(shè)置方式由2個5跨緣錨段關(guān)節(jié)加2（或3）跨中間柱裝配構(gòu)成，為l2（或13）跨形式，按滿足雙列重聯(lián)動車組正常工作雙弓弓間距200～215m設(shè)計，接觸網(wǎng)電分相無電區(qū)長度大于220m；京津城際高速鐵路采用的12（或13）跨形式電分相形式、鄭西客專采用的16跨形式電分相按此原則設(shè)計。2.6電分相設(shè)置要求高速鐵路電分相應(yīng)設(shè)在進(jìn)站信號機(jī)500m以外并應(yīng)經(jīng)行車、信號、供電等專業(yè)檢算確認(rèn)，應(yīng)盡量避免設(shè)在變坡點、大電流和加速區(qū)段，有條件時應(yīng)盡量設(shè)在6‰及以下坡度區(qū)段。必須設(shè)在較大的坡道上時，要考慮電分相所處位置的線路坡度和列車速度、列車惰性運行距離的關(guān)系。對于一般的高速區(qū)間而言，時速250Km以上動車組通過分相后的速度損失非常有限，根據(jù)行車檢算結(jié)果看，一般速度損失在15Km/h左右，因此，不應(yīng)只將6‰的坡度作為判斷分相設(shè)置是否合適的標(biāo)準(zhǔn)。2.7目前電分相常見問題(1)由于關(guān)節(jié)式電分相由兩處空氣絕緣間隙實現(xiàn)電氣絕緣，電力機(jī)車運行的各種情況中，兩臺及以上電力機(jī)車同時牽引的重聯(lián)機(jī)車、有動力回送電力機(jī)車（電力機(jī)車附掛運行）、使用中部或后部電力機(jī)車推進(jìn)的運行列車及同時升弓運行的電力機(jī)車與其牽引的接觸網(wǎng)檢測車，在通過關(guān)節(jié)式電分相時，任何兩個受電弓間距必須限制。否則，就可能造成兩個受電弓滑板同時搭接在兩個空氣間隙引起接觸網(wǎng)相間短路（示意圖如圖12所示）。關(guān)節(jié)式電分相的空間結(jié)構(gòu)沒有相對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，會給電力機(jī)車的運行和運輸組織增加難度。都可能引起接觸網(wǎng)相間短路。圖12兩個受電弓同時短接電分相兩個空氣間隙示意圖(2)電力機(jī)車停在分相中性無電區(qū)的幾率大大增加。關(guān)節(jié)式電分相中