避免多組連掛電力機(jī)車短接分相之探討

周建武

(太原鐵路局　供電處， 山西太原 030013)

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避免多組連掛電力機(jī)車短接分相之探討

周建武

(太原鐵路局供電處， 山西太原 030013)

針對(duì)目前新建線路采用的分相多為關(guān)節(jié)式，而既有120km/h以上線路采用的分相也是關(guān)節(jié)式，但如果多組連掛電力機(jī)車升弓通過(guò)時(shí)則可能出現(xiàn)短接分相，造成系統(tǒng)短路的現(xiàn)象，為了避免該種問(wèn)題的出現(xiàn)，進(jìn)行定量的分析，并采取針對(duì)性措施消除該問(wèn)題。

避免； 連掛； 短接； 探討

目前新建線路及120 km/h以上線路采用的分相多為關(guān)節(jié)式分相，電力機(jī)車或電力動(dòng)車組通過(guò)關(guān)節(jié)式分相時(shí)可能出現(xiàn)的非正常現(xiàn)象主要有4種：(1)不斷電通過(guò)分相將接觸網(wǎng)燒傷；(2)高壓電纜相通的兩組受電弓通過(guò)高壓母線將分相兩端供電臂短路；(3)兩個(gè)及以上受電弓同時(shí)將分相中性區(qū)段與兩端帶電側(cè)的接觸網(wǎng)連通后造成分相兩端供電臂短路；(4)電力機(jī)車停于分相無(wú)電區(qū)等情況。

本文主要就上述第3種情況“兩個(gè)及以上受電弓同時(shí)將分相中性區(qū)段與兩端帶電側(cè)的接觸網(wǎng)連通后造成分相兩端供電臂短路”進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性措施。

1　現(xiàn)場(chǎng)情況分析

主要在多個(gè)電力機(jī)車連掛通過(guò)關(guān)節(jié)式分相時(shí)出現(xiàn)“多個(gè)受電弓將中性區(qū)段與兩端帶電側(cè)的接觸網(wǎng)連通后造成分相兩端供電臂短路”

目前現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)節(jié)式分相主要有3種：六跨關(guān)節(jié)式、七跨關(guān)節(jié)式和八跨關(guān)節(jié)式，先以六跨關(guān)節(jié)式分相為例說(shuō)明：

1.1六跨關(guān)節(jié)式分相

六跨關(guān)節(jié)式分相示意圖如圖1，其中B1、B2柱為中心柱，如多個(gè)電力機(jī)車連掛運(yùn)行，其中兩個(gè)受電弓正好在B1、B2附近時(shí)，會(huì)通過(guò)連通中性段將分相兩側(cè)的兩個(gè)供電臂短路，造成系統(tǒng)短路，影響前后兩個(gè)供電臂的正常行車。那么該范圍有多大呢？

圖1　六跨關(guān)節(jié)式分相示意圖

我們對(duì)C1柱、B1柱和A柱進(jìn)行分析，C1柱、B1柱和A柱及其對(duì)應(yīng)的各部參數(shù)示意如圖2。

圖2　C1柱、B1柱和A柱及其對(duì)應(yīng)的各部參數(shù)示意圖

由于電力機(jī)車在行駛過(guò)程中會(huì)對(duì)工作支接觸線抬高，這樣在B1、B2柱附近的一定范圍內(nèi)均會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。根據(jù)普速線路受電弓動(dòng)態(tài)抬升量的規(guī)定：120 km/h及以下區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為100 mm；120～160 km/h區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為120 mm；200 km/h區(qū)段，(導(dǎo)線高度為6 m時(shí))受電弓動(dòng)態(tài)抬升量為160 mm；200～250 km/h區(qū)段，受電弓動(dòng)態(tài)抬升量暫按200 mm；

(1) 在120 km/h速度及以下區(qū)段時(shí)

受電弓的動(dòng)態(tài)抬升量100 mm，根據(jù)棒-棒空氣間隙的交流平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為Ea≈4.8 kV/cm,25 kV電壓下空氣間隙保留70 mm才不會(huì)被擊穿。這樣，當(dāng)受電弓通過(guò)時(shí)工作支與非工作支不會(huì)通過(guò)受電弓滑板造成短接所應(yīng)有的安全距離應(yīng)≥170 mm。

考慮接觸網(wǎng)參數(shù)施工誤差，需要對(duì)上述距離增加20%的安全系數(shù)，同時(shí)B1柱前后均比照較長(zhǎng)的考慮，則安全距離為16.63×1.2=19.956 m≈20 m。

所以當(dāng)受電弓在距離B柱前后20 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

同樣在B2柱前后20 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

由此得出結(jié)論：在120 km/h速度及以下區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)六跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×2-20-20=50(m)，最大距離為45×2+20+20=130(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在50～130 m的范圍內(nèi)時(shí)存在系統(tǒng)短路的危險(xiǎn)。即危險(xiǎn)距離50～130 m。

(2) 在120～160 km/h速度區(qū)段時(shí)

受電弓通過(guò)時(shí)工作支與非工作支不會(huì)通過(guò)受電弓滑板造成短接所應(yīng)有的安全距離應(yīng)≥190 mm。

考慮接觸網(wǎng)參數(shù)施工誤差，需要對(duì)上述距離增加20%的安全系數(shù)，同時(shí)B1柱前后均比照較長(zhǎng)的考慮，則安全距離為18.59×1.2=22.3 m≈23 m。

所以當(dāng)受電弓在距離B柱前后23 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

同樣在B2柱前后23 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

由此得出結(jié)論：在120～160 km/h速度區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)六跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×2-23-23=44(m)，最大距離為45×2+23+23=136(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在44～136 m的范圍內(nèi)時(shí)就存在系統(tǒng)短路的危險(xiǎn)。即危險(xiǎn)距離44～136 m。

(3) 在160～200 km/h速度區(qū)段時(shí)

受電弓通過(guò)時(shí)工作支與非工作支不會(huì)通過(guò)受電弓滑板造成短接所應(yīng)有的安全距離應(yīng)≥230 mm。

考慮接觸網(wǎng)參數(shù)施工誤差，需要對(duì)上述距離增加20%的安全系數(shù)，同時(shí)B1柱前后均比照較長(zhǎng)的考慮，則安全距離為22.5×1.2=27 m。

所以當(dāng)受電弓在距離B柱前后27 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

同樣在B2柱前后27 m附近就存在將分相無(wú)電區(qū)帶電的可能。

由此得出結(jié)論：在160～200 km/h速度區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)六跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×2-27-27=36(m)，最大距離為45×2+27+27=144(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在36～154 m的范圍內(nèi)時(shí)存在系統(tǒng)短路的可能。即危險(xiǎn)距離36～154 m。

1.2七跨關(guān)節(jié)式分相

七跨關(guān)節(jié)式分相示意圖如圖3。

圖3　七跨關(guān)節(jié)式分相示意圖

其中B1、B2柱為中心柱，A1、A2、C1、C2均為轉(zhuǎn)換柱，如多個(gè)電力機(jī)車連掛運(yùn)行，其中兩個(gè)受電弓正好在B1、B2附近時(shí)，會(huì)連通中性段將分相兩側(cè)的兩個(gè)供電臂短路，造成系統(tǒng)短路，影響前后兩個(gè)供電臂的正常行車。

我們以C1柱、B1柱和A1柱進(jìn)行分析，C1柱、B1柱和A1柱及其對(duì)應(yīng)的各部參數(shù)示意如圖4。

用研究六跨同樣的方法，得出結(jié)論：

(1) 在120 km/h速度及以下區(qū)段時(shí)

在120 km/h速度及以下區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)七跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×3-19-19=97(m)，最大距離為45×3+19+19=173(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在97～173 m的范圍內(nèi)時(shí)存在系統(tǒng)短路的可能。即危險(xiǎn)距離97～173 m。

圖4　C1柱、B1柱和A1柱及其對(duì)應(yīng)的各部參數(shù)示意圖

(2) 在120～160 km/h速度區(qū)段時(shí)

在120～160 km/h速度區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)七跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×3-21-21=93(m)，最大距離為45×3+21+21=177(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在93～177 m的范圍內(nèi)時(shí)存在系統(tǒng)短路的可能。即危險(xiǎn)距離93～177 m。

(3) 在160～200 km/h速度區(qū)段時(shí)

在160～200 km/h速度區(qū)段，電力機(jī)車通過(guò)七跨關(guān)節(jié)式分相時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，多組電力機(jī)車連掛運(yùn)行時(shí)，如果兩個(gè)受電弓可能將分相給予短接的最小距離為45×3-25-25=85(m)，最大距離為45×3+25+25=185(m)，即兩臺(tái)電力機(jī)車受電弓之間的距離在85～185 m的范圍內(nèi)時(shí)存在系統(tǒng)短路的可能。即危險(xiǎn)距離85～185 m。

1.3八跨關(guān)節(jié)式分相

八跨關(guān)節(jié)式分相示意圖如圖5。

圖5　八跨關(guān)節(jié)式分相示意圖

八跨關(guān)節(jié)式分相不同于六跨和七跨,是屬于三斷口式的，存在兩個(gè)中性段，只有將3個(gè)斷口同時(shí)有受電弓短接時(shí)才能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

圖中C、E、G柱為中心柱，B、D、F、H均為轉(zhuǎn)換柱。如多個(gè)電力機(jī)車連掛運(yùn)行，其中3個(gè)受電弓正好在C、E、G柱附近時(shí)，會(huì)連通中性段將分相兩側(cè)的兩個(gè)供電臂短路，造成系統(tǒng)短路，影響前后兩個(gè)供電臂的正常行車。

我們以其中中心柱C柱及其兩側(cè)的轉(zhuǎn)換柱B柱和D柱進(jìn)行分析， B柱、C 柱和D柱及其對(duì)應(yīng)的各部參數(shù)示意如圖6所示。

圖6　八跨關(guān)節(jié)式分相C柱及其兩側(cè)的轉(zhuǎn)換柱B柱和D柱示意圖

用研究六跨同樣的方法。

(1) 在120 km/h速度及以下區(qū)段時(shí)

在120 km/h速度及以下區(qū)段時(shí)，當(dāng)支柱跨距在45 m，在C柱兩端19 m的范圍均可能出現(xiàn)使分相中性區(qū)帶電。同樣在G柱兩端19 m的范圍內(nèi)可能出現(xiàn)使分相中性區(qū)帶電。在E柱兩端19 m的范圍可能使分相的兩個(gè)無(wú)電區(qū)短接。只有在C柱兩端19 m的范圍內(nèi)、E柱兩端19 m的范圍內(nèi)、G柱兩端19 m的范圍內(nèi)同時(shí)有受電弓經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)將分相兩端供電臂短接，造成系統(tǒng)短路。

即在兩個(gè)受電弓間距在52～128 m范圍內(nèi)，第3個(gè)受電弓距離第2個(gè)受電弓間距在52～128 m范圍內(nèi)，距離第1個(gè)受電弓在142～218 m范圍內(nèi)等3個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)方能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

(2) 在120～160 km/h速度區(qū)段時(shí)

在120～160 km/h速度區(qū)段，當(dāng)支柱跨距在45 m，在C柱兩端21 m的范圍內(nèi)、E柱兩端21 m的范圍內(nèi)、G柱兩端21 m的范圍內(nèi)同時(shí)有受電弓經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)將分相兩端供電臂短接，造成系統(tǒng)短路。

即在兩個(gè)受電弓間距在48～132 m范圍內(nèi)，第3個(gè)受電弓距離第2個(gè)受電弓間距在48～132 m范圍內(nèi)，距離第1個(gè)受電弓在138～222 m范圍內(nèi)等3個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)方能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

(3) 在160～200 km/h速度區(qū)段時(shí)

在160～200 km/h速度區(qū)段，當(dāng)支柱跨距在45 m，在C柱兩端25 m的范圍內(nèi)、E柱兩端25 m的范圍內(nèi)、G柱兩端25 m的范圍內(nèi)同時(shí)有受電弓經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)將分相兩端供電臂短接，造成系統(tǒng)短路。

即在兩個(gè)受電弓間距在40～140 m范圍內(nèi)，第3個(gè)受電弓距離第2個(gè)受電弓間距在40～140 m范圍內(nèi)，距離第1個(gè)受電弓在130～230 m范圍內(nèi)等3個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)方能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

2　實(shí)際應(yīng)用

2.1電力機(jī)車

太原鐵路局管內(nèi)目前使用的電力機(jī)車部分車型有：SS4、8G、HXD2、HXD3等，各型號(hào)車的車長(zhǎng)分別是：SS4為35.3 m(換長(zhǎng)3.2)，8G為44 m(換長(zhǎng)4.0)，HXD2為22 m(換長(zhǎng)2.0)，HXD3為22 m(換長(zhǎng)2.0)。

以SS4車為例，換長(zhǎng)為3.2 m，車長(zhǎng)為35.3 m。兩車連掛兩受電弓間的距離為35.3 m；3車連掛前后兩受電弓間的距離為70.6 m；4車連掛前后兩受電弓間的距離為105.9 m；5車連掛前后兩受電弓間的距離為141.2 m；6車連掛前后兩受電弓間的距離為176.5 m；

(1) 在120 km/h速度及以下線路上運(yùn)行時(shí)

線路采用六跨關(guān)節(jié)式分相，3車連掛和4車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在50～130 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)3車及以上連掛，否則就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)短路，影響行車。

線路采用七跨關(guān)節(jié)式分相，4車連掛和5車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在97～173 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)4車及以上連掛。

線路采用八跨關(guān)節(jié)式分相，6車連掛時(shí)，第1和第3個(gè)受電弓之間距離為70.6 m，第1個(gè)第6個(gè)受電弓之間的距離為176.5 m，滿足八跨關(guān)節(jié)式分相系統(tǒng)短路的條件會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)短路。所以不能出現(xiàn)6車及以上連掛。

(2) 在120～160 km/h速度線路上運(yùn)行時(shí)

線路采用六跨關(guān)節(jié)式分相，3車連掛和4車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在44～136 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)3車及以上連掛。

線路采用七跨關(guān)節(jié)式分相，4車連掛和5車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在93～177 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)4車及以上連掛。

線路采用八跨關(guān)節(jié)式分相，5車連掛時(shí)，第1和第3個(gè)受電弓之間距離為70.6 m，第1個(gè)第6個(gè)受電弓之間的距離為141.2 m，滿足八跨關(guān)節(jié)式分相系統(tǒng)短路的條件會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)短路。所以不能出現(xiàn)5車及以上連掛。

(3) 在160～200 km/h速度線路上運(yùn)行時(shí)

線路采用六跨關(guān)節(jié)式分相，3車連掛和4車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在36～154 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)3車及以上連掛。

線路采用七跨關(guān)節(jié)式分相，4車連掛和5車連掛時(shí)前后兩受電弓間的距離均在85～185 m的范圍內(nèi)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)短路的可能。所以不能出現(xiàn)4車及以上連掛。

線路采用八跨關(guān)節(jié)式分相，5車連掛時(shí)，第1和第3個(gè)受電弓之間距離為70.6 m，第1個(gè)第6個(gè)受電弓之間的距離為141.2 m，滿足八跨關(guān)節(jié)式分相系統(tǒng)短路的條件會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)短路。所以不能出現(xiàn)5車及以上連掛。

2.2特殊車型

除電力機(jī)車連掛外，還存在其他附帶有受電弓的車輛運(yùn)行時(shí)如何采取措施的問(wèn)題。如接觸網(wǎng)檢測(cè)車，太原鐵路局配屬的接觸網(wǎng)檢測(cè)車，車型為WX25T，車長(zhǎng)26.6 m(換長(zhǎng)2.4)，配置一架受電弓。共兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，受電弓安裝于其中一個(gè)轉(zhuǎn)向架中心上方。

當(dāng)接觸網(wǎng)檢測(cè)車由電力機(jī)車牽引進(jìn)行接觸網(wǎng)升弓檢測(cè)時(shí)，可能存在同時(shí)將分相中性區(qū)段與兩端帶電側(cè)的接觸網(wǎng)連通后造成分相兩端供電臂短路現(xiàn)象。

結(jié)合線路的關(guān)節(jié)式分相結(jié)構(gòu)及列車運(yùn)行速度，確定危險(xiǎn)距離。我們要計(jì)算檢測(cè)車受電弓與牽引電力機(jī)車受電弓之間的距離，如該距離落在危險(xiǎn)距離之內(nèi)時(shí)要求接觸網(wǎng)檢測(cè)車在通過(guò)關(guān)節(jié)式分相時(shí)降下受電弓。以確保順利通過(guò)關(guān)節(jié)式分相；如該距離未落在危險(xiǎn)距離之內(nèi)時(shí)可以正常通過(guò)。

3　其他說(shuō)明

上述內(nèi)容主要提供分析問(wèn)題的思路，因每一條線路采用的分相類型基本一致，所以我們可以根據(jù)每一條線路上所采用的分相型式，依據(jù)分相設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的跨距參數(shù)以及車型進(jìn)行準(zhǔn)確分析，對(duì)連掛電力機(jī)車的運(yùn)行條件進(jìn)行限制，方可避免變電所系統(tǒng)短路問(wèn)題的出現(xiàn)。從而準(zhǔn)確地解決實(shí)際問(wèn)題。

[1]CRH380AM型高速綜合檢測(cè)列車維護(hù)檢修手冊(cè)[R].北方青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.

[2]鐵路技術(shù)管理規(guī)程(鐵運(yùn)(2015)172號(hào))[S].

[3]鐵道部運(yùn)輸局裝備部.鐵路機(jī)車概要[M].北京：中國(guó)鐵道出版社出版,2008.Research about Avoiding Electric Locomotive to Shorted-out-Phase Separation

ZHOUJianwu

(Taiyuan Bureau Electric Section，Taiyuan Bureau，Taiyuan 030013 Shanxi, China)

Because much phase separation was articulated in new Railways，and more than 120 kilometer existing Railways is the same, if linked electric locomotive pass phase separation, then feed system will short out. In order to avoid going wrong, we have analyzed it, and take measures to eliminate the problem.

avoid; linked; short out; research

1008-7842 (2016) 04-0115-04

??)男，工程師(

2015-12-18)

U224

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.30