接觸網開關場在匈牙利鐵路的設計和應用

李洪生

0 引言

在車站接觸網的設計中，為了保證供電的靈活性和搶修檢修的便利性，通常按照站臺或分場分束設置電分段和隔離開關，通過隔開的斷合對不同供電場束進行單獨或組合控制。而在匈牙利鐵路接觸網設計中，為了達到上述目的，采用了開關場的形式，即在車站范圍內劃定一個封閉的場地集中設置隔離開關，從而形成一組封閉的設備，類似一個簡化的開閉所。國內外接觸網的設計理念均為通過優化組合質量、壽命和成本，使得接觸網系統達到最優服役狀態，但國內外接觸網的設計細節不完全相同。本文將對匈牙利鐵路接觸網開關場設計進行介紹和分析，從而加深對歐洲鐵路接觸網設計的認識和思考，有利于“一帶一路”鐵路設計標準體系與當地標準的融合。

1 開關場的設計原理

1.1 開關場的位置

開關場是一個獨立的封閉場地，所有開關場均設置在車站范圍，最佳位置是車站大樓或運營辦公樓一側，且始終處于車站監控范圍內[1]。開關場必須位于車輛容易進出的地方，如果條件允許，可修建一條作業道路，以方便運維人員進出。

1.2 主要設備

現以匈塞鐵路匈牙利段（Budapest-Kelebia）為例進行比較和分析。開關場內的設備主要包括母線、隔離開關及其支撐結構、開關控制柜。如果匈牙利鐵路設計需要明確標明各種型號的設備產品，則必須以滿足EC規定和本地許可指令為前提[2]。

（1）母線。開關場的母線為矩形橫截面的實心導電材料[3]，母線在開關場內呈“Z”形、“H”形或“U”形布置，隔離開關在母線的兩側或兩端規律排列，按照規定，母線的銅橫截面應不小于200 mm2[1]。母線的橫截面必須與工作電流相匹配，通常需根據供電仿真確定負載能力和工作電流，從而確定不同橫截面的母線和饋出線。

（2）隔離開關。開關場內隔離開關分為進線開關、饋出線開關、接地開關、上下行并聯母線開關、桿式變壓器開關，所有隔離開關均采用電機驅動和遠程控制，并集成到FET/HETA（接觸網能量控制/開關控制柜）系統中。隔離開關的名稱需對應Budapest側（Bp）、Kelebia側（K）、左線（下標b）、右線（下標j），并遵守匈牙利鐵路公司《接觸網電氣操作工作規范》的規定[4]。

（3）開關控制柜（HETA Cabinet）。為了滿足FET系統遠動控制的要求，在開關場內設置開關控制柜，同時設置電纜溝，為每個隔開提供控制電纜和電機驅動電源電纜路徑。

（4）其他設施。為了便于運營操作和檢修搶修，在開關場內設置一個可鎖定的接地桿存放架（Ground rod storage rack）和一個機車信號標志牌存放架（Signal marker rack）[5]。

1.3 開關場防護與接地

開關場通常處于車站監控系統的監控范圍內，場內地坪鋪設混凝土或瀝青覆蓋層。為確保排水通暢，需要考慮開關場場坪坡度和電纜溝排水。

開關場為一個封閉場所，其周圍采用金屬圍欄，高度為1.8～2.0 m，所使用圍欄系統的選擇和設計必須考慮接地保護[1]。在開關場內距離隔離開關支撐結構1.0～1.5 m的位置，設置由?20 mm圓鋼制作成的接地框架，接地框架設于地下0.7～1.0 m的深度，隔開的支撐結構、金屬圍欄、開關柜、其他金屬設備外殼均需設置接地保護[5]。

2 電路圖和開關場型式比選方案

開關場母線和隔離開關排列可以采用“Z”、“H”和“U”形布局[5]。以匈塞鐵路匈牙利Budapest-Kelebia段為例，虛擬4股道車站，隔離開關主要包括進線開關（Bpb、Bpj、Kb、Kj）、饋出線開關（áb、áj、áb1、áj1）、接地開關（Gf?）、上下行并聯母線開關（?b、?j）、桿式變壓器開關（STR2）。對應兩種電路圖，分別布置Z型和H型開關場，U型開關場和H型基本類似，不再贅述。

2.1 Z型電路和開關場

如圖1所示，Z型電路意味著開關場內母線呈“Z”形，開關場對側的旁路線（bypass wire）、饋出線需要利用跨線支柱跨越軌道上方的接觸網，開關場一側的跨線支柱優先設置在開關場內。

圖1 Z型電路

Z型開關場布置如圖2所示。Z型開關場中母線呈“Z”形，考慮視覺效果，圖2采用了逆時針旋轉90°。按照圖1的位置關系，開關場位于車站左側，長邊垂直于軌道。在遠離軌道的一側，設置一處至少寬1 m的金屬門，門與場內通道之間連接順暢。

圖2 Z型開關場（單位：mm）

2.2 H型電路和開關場

如同3所示，H型電路意味著開關場內母線呈“H”形，開關場對側的旁路線（bypass wire 1和bypass wire 2）、饋出線需要利用跨線支柱跨越軌道上方的接觸網，開關場一側的支柱可以設在開關場內，也可以設在開關場以外，圖3中跨線支柱設置在開關場以外。

圖3 H型電路

如圖4所示，H型開關場中母線呈“H”形，按照圖3的位置關系，長邊平行于軌道。在圍欄的一側設置一處至少寬1 m的金屬門，門與場內通道之間連接順暢。

圖4 H型開關場（單位：mm）

3 接地布置

每個隔離開關支撐結構均必須設置接地保護，開關場范圍內所有其他金屬結構外殼均設置接地保護。圖5所示為一個H型開關場的接地布置，金屬圍欄以內的虛線框代表由?20 mm圓鋼制作的接地框架，位于地下0.7～1.0 m的深度，隔開支撐結構、金屬圍欄、開關柜、工具存儲架外殼均統一接入地網，符號“И”“П”為接地連接示意[6-8]。

圖5 H型開關場接地布置（單位：mm）

4 開關場設計推薦方案

Z型開關場呈矩形，場內母線布置呈“Z”形，開關在母線兩側排列，開關之間的總母線較短，上下行并聯母線連接簡單易于操作。Z型開關場在垂直軌道方向上為長邊，因此封閉圍欄在3個方向上更易于設置進出門和作業通道。缺點是Z型開關場的占地對站場局部的征地界有一定影響。

H型開關場同樣為矩形，場內母線布置呈“H”形，開關在母線外側對稱排列，總母線較長，上下行并聯母線需要橫跨總母線，實施時，需要調整跨接母線的安裝高度。因封閉圍欄更靠近軌道，相對Z型開關場，其與站旁道路連接更不方便。優點是與Z型開關場相比，H型開關場占地更容易劃定，更容易設置多個開關，對于需要更多隔離開關的較大車站，H型開關場顯然更適用。

綜合以上分析，在匈牙利的Budapest-Kelebia段鐵路接觸網設計中，推薦采用Z型開關場，當Z型開關場無法布置或站場范圍沒有合適場地的情況下，考慮采用H型開關場。

5 結語

根據我國電氣化鐵路的特點，隔離開關基本分散安裝在各個支柱上，因此，隔開控制電纜分散，各類型電纜路徑雜亂，隔開現場操作和維修不便。而開關場的作用是使隔離開關集中設置，場內設置隔開控制柜，便于運維人員操作和維修。

開關場具有顯著的優點，隔離開關集中于同一封閉場地，隔離開關控制柜設置在封閉的開關場內，能夠易于實現現場和遠程操作，同時，隔開排列規律，控制電纜不需多路徑分散穿插，對運營和維管都有較大的便利性。

開關場的缺點是增加占地，即在車站范圍單獨劃分一處場地，而開關場母線的進線需要與站場支柱合架或采用電纜，無論采用哪種進線方式，都不利于運營和檢修，而成本問題也是一個必須考慮的因素。