电力机车自动过分相方案的探讨.doc

　电力机车自动过分相方案的探讨 严云升 　　摘　要：介绍了3种自动过分相方案的工作原理及实际应用情况，分析了它们各自的优点和缺点，并建议在准高速和高速电气化线路上采用第3种方案，即车上自动控制断电方案。　　关键词：电力机车　接触网　电分相　供电死区　中性段　自动过分相 　　为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁道的接触网采用分段换相供电。为防止相间短路，各相间用空气或绝缘物分割，称为电分相。国内接触网上每隔20 km～25 km就有一长约30 m的供电死区。在此无电区外一定距离处设有“断”、“合”提示牌，电力机车通过时须退级、关闭辅助机组、断开主断路器，惰行通过无电区后再逐项恢复，这样受电弓是在无电流情况下进出分相区的，从而保证了受电弓和接触网的寿命。但这样操作，一方面影响了行车速度，另一方面增加了司机的劳动强度，操作稍有疏忽就会拉电弧烧分相绝缘器。对准高速、高速线路，每小时就要过10多个分相区，靠司机操作实属困难。对高坡重载区段，手动过分相会引起列车大幅降速，延长咽喉区段的运行时间，降低线路运能。因此必须考虑列车自动过分相的方案，及早取消司机的手动过分相操作。　　国外仅有少数国家研究和采用自动过分相装置，其技术方案基本上有3种：地面开关自动切换方案，柱上开关自动断电方案，车上自动控制断电方案。　　下面将对这3种方案进行介绍、分析和比较。 1　地面开关自动切换方案　　这种方案国际上以日本为代表，解决了东海道新干线上高速列车自动过分相的难题。国内郑州铁路局西安科研所在咸阳附近对这种方案进行了研究和试验。这种方案的工作原理见图1。在接触网分相处嵌入一个中性段，其两端分别由绝缘器JY1、JY2与二相接触网绝缘。JY1、JY2不采用一般的由绝缘物构成的分相绝缘器，而采用锚段关节结构，以保证受电弓滑过时能连续受流。2台真空负荷开关QF1、QF2分别跨接在JY1、JY2上，使接触网两相能通过它们向中性段供电。在线路边设置4台无绝缘轨道电路CG1～CG4作为机车位置传感器。无车通过时，2台真空负荷开关均断开，中性段无电。当机车从A相驶来达到CG1处时，真空负荷开关QF1闭合，中性段接触网由A相供电。待机车进入中性段、到CG3处时，QF1分断，QF2随即迅速闭合，完成中性段的换向过程。由于此时中性段已由B相供电，机车可以在不用任何附加操纵、负荷基本不变的条件下通过相分段。待机车驶离CG4处后，QF2分断、装置回零。反向来车时，由控制系统自动识别，控制2台真空负荷开关以相反顺序轮流闭合，采用这种方法过分相，断电时间约为0.1 s～0.15 s。 图1　地面开关自动切换方案的工作原理图 　　这种方案的优点是：接触网无供电死区，无须司机操作，机车上主断路器无须动作，自动换相时接触网中性段瞬间断电时间很短，且此时间与行车速度无关，可适用于0～350 km/h速度范围，对行车中可能出现的限速、一度停车等情况均能正常工作。　　这种方案的缺点是：　　(1) 真空负荷开关带负荷分断，因而必须考虑在线备份及检修备份。图2是实用的主接线图。其中QF1、QF2为主用开关，QF5、QF4分别为其检修备用开关，当主用开关检修时可以方便地投入工作。QF3是QF1、QF5的在线备用开关，平时它处于闭合位，当万一QF1(QF5)由于灭弧室真空破坏或操作机构原因发生拒分故障时，控制系统则命令QF3迅速分断，然后再闭合QF2(QF4)，以避免造成相间短路。图中QS1为三相隔离开关，便于装置的投入或撤出；QS3为单极隔离开关，在QF3检修时将其旁路；QS2单极隔离开关平时处于分断位，只有当装置停用，中性段上恰有机车途停时才闭合。闭合后，机车得电驶离中性段。 图2　实用主接线图 　　QF1、QF2——主用开关； QF3——在线备用开关； QF4、QF5——检修备用开关； QS1——三极隔离开关； QS2、QS3——单极隔离开关； JY1、JY2——分相绝缘器； F——避雷器； TI——电流互感器； TV——电压互感器； FU——熔断器　　(2) 中性段的长度难于确定。对于只有1个受电弓的列车或是双机重联、2台机车紧靠的列车，中性段的长度可以按双机长度来确定。对于双机重联，机车分布在首尾的列车或是多弓动力分散型列车，中性段要按整个列车长度来考虑。中性段的长度必须考虑本区段运行模式的多样性。 图3　过分相区时的电流波形 　　　　　(a) v=40 km/h，网压27.7 kV，19级；　　　　　(b) v=85 km/h，网压29 kV,15级 　　(3) 过分相区后合闸时的电流冲击比较大，如果机车上不采取措施限制合闸冲击电流，有可能造成电机环火，同时列车冲动也使乘客难于忍受。图3是637次列车、573号机车两次过分相段时的电流波形，第2次的合闸涌流为机车