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摘要：随着我国铁路的快速发展，接触网技术也在不断更新。不同的电分相形式广泛应用于不同的新建铁路。由于我国目前没有统一高速铁路的接触网电分相的设计形式，有必要进行相关的理论研究与试验分析，本文主要从电分相设计和自动过分相系统的基本要求和其关键技术展开研究。
关键词：高速铁路,接触网,电分相
概述
在单相交流电气化铁路系统中，电力机车是由单相电源供电的，为了平衡电力系统各相负荷，减少负序影响，各牵引变电所的电源要进行相序轮换接入电力系统，因此，要在两牵引变电所之间的接触网上设置电分相装置。电分相一般设置在牵引变电所出口及供电臂末端，由接触网部分、车载装置、地面信号装置等组成。电分相形式有器件式和关节式（又称为空气间隙式），后者又有两断口与三断口两种方式。
普速铁路一般采用器件式电分相，机车过分相是通过司机手动切换来实现受电弓的升降和机车主断路器的关合等操作，司乘人员的劳动强度较大；中高速铁路为了减少接触网上质量集中而形成的硬点，改善弓网受流特性，一般采用锚段关节式电分相，机车采用自动过电分相方式，在减少司乘人员劳动强度的同时，也避免了由于行车速度快造成的司乘人员不及时操作导致的短路事故的发生。
无论是纯客运专线还是近期客货共线、远期客运专线工程，其客运速度均在160km/h及以上，传统的器件式分相已经无法满足接触网-受电弓系统受流质量要求和运营安全需要，应采用锚段关节电分相形式。
接触网电分相的设置与行车、信号、变电、线路、站场、桥梁、隧道等专业有着密切的关系。设置电分相及选择自动过分相技术时，应综合考虑机车牵引质量、编组方式、受电弓间距、线路状况及坡度、变电及分区所亭分布、信号机位置等多种因素的影响。
1.基本要求
1.1电分相设计
为了避免接触网上出现相对硬点，客运专线接触网电分相装置必须采用带中性段、空气间隙绝缘的锚段关节形式。目前，我国电气化铁路锚段关节式电分相装置一般由两个连续的绝缘锚段关节构成，电分相仅有一个中性段、两个断口。为了规范锚段关节式电分相装置的设计，铁道部建设司曾发文<关于印发《接触网分相装置及设置的规定》（试行）的通知>（建技[2004]42号）对两断口式接触网电分相装置与设置原则做了明确的规定：
锚段关节式电分相设计应满足多机多弓运输组织的需要，当列车编组采用多弓运行时，若多弓有高压母线联接，则任意两受电弓间的距离（L）必须小于电分相无电区的长度D1（如图1）；若多弓无高压母线联接，任意两受电弓间的距离（L）应小于无电区的长度D1（如图1）或大于中性段的长度D2（如图2）。
D1---无电区长度，指靠近中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子外侧间的距离
D2---中性段长度，指远离中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子内侧间的距离
图1双弓间的距离（L）小于无电区的长度（D1）
图2双弓间的距离（L）大于中性段的长度(D2)
当双弓间没有高压母线连通时，三断口电分相形式对于弓间距没有限制，多弓情况下，电分相的设置要保证在任何机车编组情况下受电弓均不能将两侧的异相电导通造成短路。
另外考虑到过分相时对机车速度的影响以及与信号专业的配合，电分相应设置在进站信号机300m（高速铁路为500m）以外或经行车检算确认，应避免设在变坡点、大电流和加速区段，宜设置在6‰及以下坡度的地段。
1.2自动过分相系统
1.2.1安全性
确保不会危及旅客及公众（包括工作人员在内）的人身安全；确保在故障情况下，仍能保证运行安全，不应引起安全灾难，不应带电闯分相，烧毁接触网、受电弓、造成异相短路等；不至于引起接口系统的故障。
1.2.2可靠性
采用冗余措施及国际先进技术的产品和成熟的技术，确保自动过分相过程的高可靠性。
1.2.3可用性
确保外界故障或内部人员疏忽引起的故障不至于自动过分相系统失效；与远动系统相连，具备故障诊断功能；通过合理设置过分相开关和信号装置，保证局部故障不影响临线供电或缩小故障范围。
1.2.4可维护性
系统的所有单元都应是可以在维修时间内可维护的；日常维护和矫正性维修尽可能减少对运输造成影响。
2关键技术
接触网电分相设置的关键技术包括接触网平、立面设计及安装设计，自动过分相系统的关键技术包含装备制造技术和接口技术等。
2.1电分相设计
2.1.1平、立面设计
平面设计是确定接触网悬挂点顺线路方向的位置和拉出值，即确定接触线的平面走向；立面设计是确定接触线的空间高度，即抬升量。平、立面设计是接触网电分相设计的基础。
接触网电分相一般由绝缘锚段关节组成，因此接触网电分相平立面设计的关键是绝缘锚段关节转换柱、中心柱、下锚柱位置处拉出值及抬高量。
l绘制受电弓参数图，包括受电弓尺寸、受流区、动态包络线、安全校验线、无线夹区域等。
l绘制接触导线受风偏移实际位置。
l考虑风偏、1.5或2倍的安全校验等因素，综合确定跨距、拉出值、抬高量和下锚方向等各技术参数。
2.1.2安装设计
安装设计即确定接触线的空间位置后，合理选择腕臂和定位装置等零部件的规格尺寸，支持固定承力索和接触线，并满足如下要求：
l接触网任何设备安装均不得侵入受电弓动态包络线。
l悬挂点处安装设计应按不小于1.5倍的动态最大抬升量进行安全校验，没有限位装置工作时，应按不小于2倍的动态最大抬升量进行安全校验。
2.2自动过分相系统
2.2.1装备制造技术
车载自动过分相装置依靠车载系统和地面信号系统的配合实现过分相时的机车主断路器分合闸过程；地面自动切换式、柱上自动切换式自动过分相装置依靠安装在地面上的控制系统、开关设备与信号系统配合实现机车通过分相时的地面开关的开合闸。因此，要实现安全、可靠、高效的自动过分相系统，关键是要具备成熟、可靠的控制系统、开关断路器装置、信号设备及系统集成技术。
2.2.2接口技术
l与牵引变电所、分区所的接口
当自动过分相控制系统设置在牵引变电所、分区所时，故障时需切除供电臂电源，与变电所、分区所产生联系。控制系统利用所内电气回路，采用铺设电缆就近切除供电开关；当控制系统单独安装在分相区时，通过光纤通道与变电、分区所通讯，实现远程操控。
l与保护的接口
机车自动过分相过程中伴随着过电压和涌流的产生，相应保护原理及参数须做研究和调整。
l与信号系统的接口
信号传感器及RBC位置点的设置须充分考虑系统安全裕度；信号的可靠性传输；信号的故障处理。
l与接触网的接口
根据机车自动过分相方式进行中性段和无电区的设置和改造；断合标位置点的设置。
l与机车的接口
机车参数与过分相控制的匹配、机车编组情况、机车工作受电弓间距、受电弓间有无高压母线连接，冲击电压对机车绝缘的要求。
3.结论
3.1锚段关节电分相形式研究结论
对于200km/h以下线路，接触网锚段关节电分相形式按中性段长度小于双弓的最小间距设计，建议一般路基段采用两个4跨绝缘关节重叠1跨或2跨构成的7跨或6跨电分相，或者采用4跨绝缘锚段关节构成的三断口电分相；应尽可能避免在桥上设置电分相，无法避免时宜采用5跨绝缘锚段关节构成的电分相。
对于时速200-250公里近期兼顾货运的客运专线，接触网电分相宜采用中性段长度小于双弓间距的短中性段电分相方案，由2个4跨绝缘锚段关节构成的6跨锚段关节电分相，满足双列重联动车组双弓间距200-215m，中性段长度小于200m。
对于时速200-250公里、300-350公里高速铁路，接触网电分相一般宜由两个绝缘锚段关节加2-3跨中间柱装配构成，满足双列重联动车组双弓间距200-215m，接触网电分相无电区长度大于220m。
对于接触网电分相只能设在大坡度区段或车站出站附近时，可采用中性段长度小于双弓间距的短中性段电分相，由2个4跨绝缘锚段关节构成的6跨锚段关节电分相，或者采用动车组不分闸自动过分相装置。
对于采用动车组不分闸自动过分相装置的线路，接触网分相装置总长应不小于本线通行的最大列车长度。
3.2机车自动过分相方式研究结论
对于速度在160km/h及以上线路，由于行车速度的提高，依靠司机肉眼识别线路的电分相标识已经很难保证机车正确过分相，而且司机劳动强度很大，必须采取自动过分相方式。
对于客货共线铁路，不可避免在超过6‰以上坡度处设置接触网电分相时，应向行车专业提出行车牵引检算要求，机车断电方式下无法完成过分相的地段，应采用地面开关转换的自动过分相方式。
对于200km/h及以下线路，建议选用地面磁铁、车上自动切换的自动过分相方式。
对于时速200-250公里近期兼顾货运的客运专线，宜采用列控系统和轨道电路配合、地面磁铁和车上自动切换系统配合的方式实现车载自动过分相。
对于时速200-250公里、300-350公里高速铁路，宜采用列控系统和轨道电路配合的方式实现车载自动过分相。
参考文献：
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