電力牽引鐵路專用線供電設計方案探討

李春玉

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南 鄭州 450052)

1 概述

鐵道部在全國推行戰(zhàn)略裝車點建設和路企直通運輸，對鐵路專用線的傳統(tǒng)運輸發(fā)起重大挑戰(zhàn)。直通運輸?shù)拈_行將減少眾多的繁雜的中間過程、減少作業(yè)量、降低運行時間，實現(xiàn)了空車快進、重車快出，車輛周轉速度加快，鐵路運輸效率大幅提高。

目前國內(nèi)重要鐵路干線大部分均為電氣化鐵路，傳統(tǒng)的運輸方式是鐵路與廠礦企業(yè)間機車、車輛在接軌站交接，專用線采用內(nèi)燃機車運輸，為非電氣化鐵路，所以新建鐵路專用線電氣化工程比較簡單，僅考慮接軌站電氣化改造。推行全路戰(zhàn)略裝車點建設和路企直通運輸后，鐵路專用線的設計必須滿足“整列裝卸，直進直出，立交疏解”的要求，鐵路專用線采用空車線和重車疏解線分別從車站上下行引接，至電廠站前方交匯后，單線引入電廠站。空車線和疏解線與國鐵上、下行接觸網(wǎng)銜接處如何處理才能既不影響國鐵正線供電分段方式，又能滿足專用線接觸網(wǎng)獨立供電、保護要求，目前研究較少，本文以某電廠專用線工程為例，對全路推行戰(zhàn)略裝車點建設和路企直通運輸后電力牽引鐵路專用線供電設計方案進行探討。

2 鐵路專用線、疏解線接觸網(wǎng)供電設計方案

2.1 方案設計思路

國鐵正線上、下行鐵路接觸網(wǎng)為不同供電臂，相對獨立，既滿足供電機械分段，同時便于分段檢修以及故障時縮短影響范圍。鐵路專用線和疏解線接觸網(wǎng)分別與接軌站上、下行接觸網(wǎng)銜接，至電廠站前方交匯后，單線引入電廠站，其接觸網(wǎng)供電設計方案必須保證不能影響國鐵正線的接觸網(wǎng)供電分段方式。

2.2 鐵路專用線牽引供電方式

2.2.1 增設獨立供電線對鐵路專用線接觸網(wǎng)進行供電

根據(jù)鐵路電力牽引供電設計規(guī)范“鐵路專用線和支線有條件時宜按獨立供電設計”，尤其是全路推行直通運輸后，鐵路專用線掛網(wǎng)范圍加大，為檢修、管理方便，尤其是排除專用線故障對國鐵正線的影響，鐵路專用線采用獨立供電線供電很有必要性，在有牽引變電所車站接軌的專用線，若牽引變電所有預留間隔，采用新增獨立供電線對鐵路專用線進行供電。

圖1 電廠鐵路專用線接觸網(wǎng)供電示意圖

2.2.2 設置箱式開關站將鐵路專用線接觸網(wǎng)設置為獨立檢修、保護區(qū)段

但更多的情況是，鐵路專用線在沒有牽引變電所車站接軌，如果設置獨立供電線，供電線引接長度至少為1個區(qū)間（約10km），且區(qū)間既有接觸網(wǎng)支柱合架的條件也比較困難，施工干擾較大，工程造價較高，檢修相互干擾，增加運營管理維護的負擔。這種情況下，鐵路專用線接觸網(wǎng)供電從接軌站接觸網(wǎng)上直接引接，為避免專用線故障對國鐵正線的影響，采用設置箱式開關站（內(nèi)設1臺真空斷路器）將鐵路專用線接觸網(wǎng)設置為獨立檢修、保護區(qū)段。

箱式開關站按無人值班設計，采用微機綜合自動化裝置，并納入牽引變電所進行遠動控制。其繼電保護裝置與既有國鐵線路開閉所相同，考慮到一旦鐵路專用線接觸網(wǎng)出現(xiàn)永久故障后不影響國鐵正線，不設置一次重合閘裝置。

2.3 鐵路專用線、疏解線與國鐵正線銜接處電分段方案選擇

接觸網(wǎng)不同供電臂間的電分段一般采用錨段關節(jié)式電分相或分相絕緣器。錨段關節(jié)式電分相結構彈性較為均勻，不存在相對硬點，有利于改善弓網(wǎng)受流質(zhì)量，不存在打碰受電弓問題，隨著近年來電氣化繁忙鐵路干線提速改造，運行速度超過140km/h 線路逐步推廣應用。但錨段關節(jié)式電分相結構復雜、檢調(diào)困難，加之斷電惰行距離長，一般都在150米左右，在高坡地段速度損失較大。

而有機固體絕緣形式的分相絕緣器一般是由3根絕緣件串聯(lián)而成，該結構簡單明了，易于檢查和維修，分相設備占用距離短，無電區(qū)長度短，投資少。根據(jù)我國列車提速以來的運行實踐，當行車速度120km/h及以下時，弓網(wǎng)間動態(tài)接觸壓力較小，受電弓對接觸網(wǎng)上的硬點沖擊不十分明顯，采用固體絕緣結構可以保證弓網(wǎng)運行安全，鐵路電力牽引供電設計規(guī)范中明確規(guī)定行車速度為120km/h 以下的線路可以采用。鐵路專用線、疏解線通常為重載貨物運輸線，品種單一，線路等級較低，一般為工企一級，行車速度一般都在120km/h以下，每天行車對數(shù)較少，采用分相絕緣器更具有優(yōu)勢。

由于設置分相絕緣器需滿足距進站信號機的距離不應小于300m,并不宜設置在6‰的大坡度地段，而專用線一般為空車線，由于既有地理環(huán)境限制，同時減少投資，一般線路較短，且線路坡度較大，無法滿足設置分相的條件。考慮到鐵路專用線無論采用獨立供電線供電方式還是從國鐵接觸網(wǎng)上T 接并采用斷路器保護的供電方式，鐵路專用線與接軌站國鐵接觸網(wǎng)均為同相電，通過查閱資料并與運營管理部門共同研究，在這種情況下，采用開斷絕緣錨段關節(jié)替代電分相進行不同供電臂間電分段就顯示了較大的優(yōu)勢。開斷絕緣錨段關節(jié)的設置應注意以下幾點：

絕緣錨段關節(jié)既起機械分段作用，又起同相電分段作用，通常設在站場和區(qū)間銜接處，為方便接觸網(wǎng)維修，縮短停電范圍，減少事故影響范圍，與隔離開關配套使用，正常運行時隔離開關常閉使接觸網(wǎng)導通。當鐵路專用線采用絕緣錨段關節(jié)與國鐵正線銜接時，正常運行時絕緣錨段關節(jié)處于斷開狀態(tài)，不加設隔離開關，以保證專用線與國鐵正線明確分段；如考慮國鐵正線對鐵路專用線越區(qū)供電條件，可以加設常開隔離開關。

電分相一般設在牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、鐵路局分界點及不同電力系統(tǒng)供電分界點，作為不同相、不同供電臂、或不同分界點電分段用，電力機車通常采用機車斷電自動過分相，所以兩側壓差對其不存在影響。但絕緣錨段關節(jié)只能起同相電分段作用，正常運行時，絕緣錨段關節(jié)兩側電分段通過常閉隔離開關連通，絕緣錨段關節(jié)斷開時，兩側電分段之間存在電位差，運行實踐表明，若兩側壓差較大，容易出現(xiàn)接觸線燒傷情況。為避免兩側壓差過大引起電氣燒傷情況，在絕緣錨段關節(jié)專用線側必須設置供電線上網(wǎng)。

3 工程實例分析

3.1 鐵路專用線、疏解線與國鐵接觸網(wǎng)銜接處均采用分相絕緣器

當電廠站距接軌站較遠，疏解線、專用線線路較長，縱坡較小，能滿足設置分相條件時，同時采用獨立供電線對鐵路專用線接觸網(wǎng)進行供電時，采用這種方式較好。其優(yōu)點是專用線供電完全獨立，缺點是，疏解線和專用線過分相處機車必須斷電過分相。

圖2 電廠鐵路專用線接觸網(wǎng)供電示意圖

3.2 鐵路專用線、疏解線與國鐵接觸網(wǎng)銜接處分別采用絕緣錨段關節(jié)、分相絕緣器：

以滎陽電廠為例，電廠站距接軌站較近，為滿足4000噸重車運輸條件，承擔重載運輸?shù)氖杞饩€線路長度為4.184km、限制坡度為6‰，能滿足設置分相條件；空載運輸?shù)膶Ｓ镁€長度為1.293km，限制坡度為12‰，區(qū)間線路曲線半徑為R-400，無法滿足設置分相的條件。在這種情況下，疏解線采用分相與國鐵下行接觸網(wǎng)銜接，專用線采用絕緣錨段關節(jié)與國鐵上行接觸網(wǎng)銜接。當采用獨立供電線對鐵路專用線接觸網(wǎng)進行供電時，由于牽引變電所內(nèi)獨立供電線斷路器具備備用條件，絕緣錨段關節(jié)處不加設常開開關，不設置越區(qū)供電條件。

當采用箱式開關站由接軌站接觸網(wǎng)T 接供電時，由于專用線行車對數(shù)較少，檢修天窗較多，為節(jié)約投資及節(jié)省占地，箱式開關站設置一臺斷路器，不設置備用條件，在專用線絕緣錨段關節(jié)處加設常開開關，當斷路器故障或正常檢修時，能夠越區(qū)供電。箱式開關站設在專用線接軌側咽喉附近，盡量設置在絕緣錨段關節(jié)附近，以便將絕緣錨段關節(jié)兩側壓差降到最小。

3.3 區(qū)間為單線的電力牽引鐵路專用線

以沁北電廠鐵路專用線為例：電廠站在接軌站沁河北站南側相距71.6米并與其站場位置平行相對應，重載運輸采用疏解線直通至電廠站，疏解線需電氣化；空車通過本務機車或調(diào)車作業(yè)排入接軌站。疏解線長度3.186km，限制坡度5‰，區(qū)間全線均為曲線，曲線半徑為R-300，并有63-32m 簡支T 梁一座，機車運行速度為50km/h。疏解線接觸網(wǎng)采用絕緣錨段關節(jié)與國鐵接觸網(wǎng)銜接，這樣不僅結構簡單，又可以節(jié)約投資，既可以不受線路條件及分相設置條件的限制，同時兩條供電臂間無斷口，減少機車配合接觸網(wǎng)過分相的操作工作流程。

4 結束語

全路推行戰(zhàn)略裝車點建設和路企直通運輸后，鐵路專用線全線電氣化，每個新建鐵路專用線的功能、運輸方式及接軌站既有現(xiàn)狀都各有不同，接觸網(wǎng)供電應結合具體情況，尋求最佳供電解決方案，既不影響國鐵正線供電分段方式，又要滿足專用線接觸網(wǎng)供電要求，既經(jīng)濟合理，又便于運營單位維護檢修，以便更好地為企業(yè)提供服務，更好地保障鐵路運輸?shù)臅惩ā?/p>

[1]TB10009-2005,鐵路電力牽引供電設計規(guī)范[S].

[2]鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設計處.電氣化鐵道設計手冊.接觸網(wǎng)[M].北京：中國鐵道出版社，1983.

[3]電氣化鐵道接觸網(wǎng) 中鐵電氣化局集團有限公司譯 北京：中國電力出版社，2003.