接触网工程课程设计
平时修报总 指导教师评语 （30）
专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气093 姓 名： 冯强强 学 号： 200909217 指导教师： 徐金阳
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012年7月13日
接触网工程课程设计报告
1基本题目
1.1题目
高速电气化铁路电分相式锚段关节设计。本课程设计的主要内容是对我国高速电气化铁路采用的电分相形式进行研究，并根据《高速电气化铁路接触网》锚段关节设计要求，分析电分相的选用条件和电分相的设置要求。
1.2题目分析
电分相是接触网的关键结构之一。为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁路的接触网采用分段换相供电，电气化铁路牵引变电所向接触网供电的馈线是不同序的，不同相供电臂在接触网的相交处设置了绝缘结构，称为电分相。目前主要采用器件式分相绝缘器和关节式分相绝缘器两种。
2接触网电分相形式
目前我国电气化铁路电力机车和动车都采用单相供电，为平衡电力系统三相负荷，牵引供电一般采用三相电源相序轮换供电，即电气化铁路牵引变电所向接触网供电馈线是不同相的，为保证牵引供电网实现相与相之间的电气隔离，不同相供电臂的接触网在接触处设置了绝缘结构，称为电分相。我国高速电气化铁路电分相均采用两断口锚段关节式电分相形式。
客运专线电气化铁路的牵引动力是电力机车，由于机车本身不是动力源，所需能源由铁路牵引供电系统提供。为了保证高速电力机车能够顺利进行电源分相，必须在电力机车换相处装设电分相装置。
2.1地面开关自动切换形式
在接触网电分相处嵌入一个中性段，其两端分别由绝缘器与二相接触网绝缘。绝缘器件不采用由一般绝缘物构成的分相绝缘器，而采用锚段关节结构，保证受电弓滑过时能够连续受流。两台真空负荷开关QF1、QF2分别跨接在JY1、JY2上，使接触网两相能够通过它们向中性段供电。在线路边设置四台无绝缘轨道电路CG1～CG4作为机车位置传感器。无车通过时，两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。待
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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，控制两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0.1s～0.15s。
QF1QF2A相JY1中性段JY2B相CG1CG2CG3CG4
图1 地面开关自动切换方案的工作原理图
采用地面开关自动切换方案的优缺点：
优点：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。
缺点：（1）真空负荷开关带负荷分断，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；
（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、两
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。
2.2柱上开关自动断电形式
这种方案以瑞士AF公司为代表。国内从瑞士AF公司引进了两组自动分相装置，装于鹰厦线永安机务段管区内。A、B两组真空开关在正常状态下均处于分断位置。当电力机车运行至a-b之间时，A组开关装置线圈有电流通过，磁铁吸合，真空开关在15 ms时间内闭合使c-d段有电。当电力机车运行至c-d之间时，A组开关的线圈中无电流通过，磁铁释放，15 ms时间内A组真空开关断开，使d-e-f-g为无电区，机车惰行。当电力机车运行至g-h之间时，B组开关装置线圈有电流通过，同理B组真空开关闭合；当机车驶离i点后，B组开关线圈失电使B组开关断开，但此时该开关不起分断电流作用。这样A、B两组开关回到初始状态,其工作原理见图2。
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图2 柱上开关自动断电方案的工作原理图
采用柱上开关自动断电方案优缺点：
优点：无须设立分区所，相应投资要少些，供电死区(d-e-f-g或c-d-e-f)比现有的分相区来得短，无需司机操作，机车上的主断路器不需分断。
缺点：（1）分相区中接触网分段比较多，接触网结构复杂，真空开关带负荷分断，需要经常维护，由于是柱式安装，难于实现100%备份；
（2）该方案中列车通过速度必须在一定范围内，如果机车速度太低，机车尚
未到达d点就过早地断电，靠惯性闯过供电死区时的速度损失很大，如果机车速度太高，机车通过a-c段的时间太短，导致A组开关不能正常闭合；
（3）过分相后机车电流有很大的冲击，造成机车主断路器跳闸,难于适应多弓
运行的列车，列车过分相会造成真空开关多次动作；
（4）由于存在着一定长度的供电死区，且与速度有关。方案由于其本身的缺
陷，特别是难于适应不同的通过速度；
3我国铁路采用电分相的形式
3.1器件式电分相
接触网换相供电时每隔20~30km就设一个电分相，电气化铁路电分相从结构划分有器件式和关节式两大类。
器件式电分相是利用电分相绝缘器串接在一起而形成一种在电气上分开，在机械上不分段的电分相结构。常用器件式电分相构造图如图3所示，其是由三组分相绝缘元件串接在接触线中而构成的分相设备，绝缘元件为环氧树脂玻璃布层压板，每个绝缘元件长度为1.8m，宽度为25mm，高度为60mm，在底部开有斜沟槽。也有用四组绝缘元件
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串联组成分相器的，增加一组绝缘元件是为了增加可靠性，同时增加中性区的有效长度，以适应高速及新型电力机车运行的需要。
绝缘子串
图3 器件式电分相结构图
承力索接触线分相绝缘元件186603.2锚段关节式电分相
3.2.1四跨绝缘锚段关节
四跨绝缘锚段关节与五跨绝缘锚段关节相比多了一根中心柱。正常状态下，受电弓在中心柱处同时接触两支接触线，但由于要满足绝缘的要求，中心柱就需采取特殊定位方式。一种方式是采用反定位管低头的特殊安装方式，这使得接触网稳定性降低另外的方式是一根定位器采用特型定位器（直线区段）或两根均采用特型软定位器（曲线区段），又由于中心柱处受电弓要同时抬起两支接触线，这样就对接触网弹性造成了较大的影响，不利于受电弓高速受流。另一方面，提速区段接触线张力大，中心柱处两定位器会出现较大的上抬力。根据资料四跨绝缘关节较多在800m及以下曲线半径的线路采用。
图4四跨绝缘锚段关节
↓300↓250↓800↑300↑800接触线↑250↓300受电弓中心- 4 -