接触网工程课程设计指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院201 年月日1 基本题目1.1题目电分相式锚段关节设计：对各类锚段关节进行分析比较，确定应用锚段关节实现电分相的条件，对电分相式锚段关节进行设计，在传统的器件式电分相方面上的改进。
1.2 题目分析不同牵引变电所的供电，由于交流电相位不同，必须进行分相绝缘，称为电分相。
电分相类型和材质的不同对机车受电弓取流的稳定性、受电弓的质量、列车最高速度和牵引变电所继电保护等都有影响。
当今电气化铁路不断提速，对行车安全要求很高，因此选用好的电分相对列车行车安全、稳定非常重要。
为适应高速铁路的弓网受流，根据设计规定时速200 km以上接触网的电分相均采用带中性段的绝缘锚段关节式电分相。
电分相锚段关节在设计上都必须满足以下几个最基本要求：保证受电弓的平滑过渡；每个断口（空气绝缘间隙）必须能满足相间绝缘要求；断口间距应与机车受电弓间距满足一定的配合关系，即有2个断口电分相锚段关节（含3个断口除外）的间距≠重联或大编组动车组允许同时升起的2个受电弓间的距离，防止2个受电弓同时将2个断口短接造成相间短路；设置位置符合线路坡度及距信号机距离要求。
本文分析了传统器件式电分相与应用锚段关节实现电分相的特点以及使用电分相式锚段关节改进器件式电分相的方式。
2题目论述2.1 概述目前我国电气化铁路电力机车和动车都采用单相供电，为平衡电力系统各相负荷，牵引供电一般实行三相电源相序轮换供电，即电气化铁道牵引变电所向接触网供电的馈线是不同相的，保证铁路牵引供电网实现相与相之间电气隔离，在不同相供电臂的接触网对接处设置了绝缘结构，称电分相。
我国高速铁路电分相一般设置在牵引变电所出口处及供电臂末端、铁路局分界处，主要由接触网部分、车载装置、地面信号装置等组成。
我国早期电气化铁路采用结构复杂的接触网八跨、六跨、五跨等双绝缘锚段关节组成的电分相（简称关节式电分相）。
在20世纪80～90年代电气化工程改造中普遍采用绝缘材料制作的结构简单的器件式电分相。
随着铁路不断提速，为了尽量减少接触网上硬点，保护机车受电弓和接触线，减少弓网事故率，满足列车受流要求，到20世纪末我国电气化铁路提速改造中又普遍采用由两个绝缘锚段关节组成的关节式电分相。
目前我国和大多数国家的高速电气化铁路电分相均采用这种形式，这类电分相能克服器件式电分相在列车高速行驶时存在的硬点问题。
可以预见，它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式。
2.2 电气化铁路接触网电分相的分类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。
(1)器件式电分相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1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。
图1器件式电分相结构图(2)关节式电分相关节式电分相是利用两组或三组绝缘锚段关节组成的一种在电气和机械上都分开的电分相装置。
由于绝缘锚段关节有三跨、四跨和五跨3种型式，锚段关节跨距长度不同，两个关节的衔接布置也有多种方式，中性区距离也长短不一，造成目前关节式电分相存在五跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十跨、十二(十三)跨等多种型式。
根据郑州铁路局多年来的接触网动态检测结果，相同条件下器件式电分相的硬点平均为接触网的3～6倍，而且运行速度越高，硬点差值越大。
据统计，同样一组器件式电分相，当速度为120、140、160km/h时，其硬点分别约为30、60、110g，而铁道部规定是≤50g。
可以说，当运行速度超过120km/h时，器件式电分相是很难满足安全运行的。
法国电气化铁路部门认为运行速度为60km/h及以下时，可采用绝缘件作为电分段，当运行速度超过60km/h时，就要采用锚段关节式空气间隙绝缘方式。
根据郑州铁路局运行经验，靠加强维修和调整来减小器件式电分相的硬点是很困难的，即使耗费大量的人力和物力，效果也难以令人满意。
器件式电分相严重恶化弓网关系，其接头线夹处接触线磨耗很快，有机绝缘杆件运行环境恶劣容易发生事故，故应尽量减少使用。
建议新线建设时速为120km以上的线路应采用关节式电分相。
2.3 绝缘锚段关节构成电分相的绝缘锚段关节有3种形式：三跨、四跨、五跨（图2～图4）。
(1)四跨绝缘锚段关节四跨绝缘锚段关节与三跨、五跨绝缘锚段关节相比，四跨锚段关节多了一根中心柱。
正常状态下，受电弓在中心柱处同时接触两支接触线，从一个锚段过渡到另一个锚段。
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)，而该类定位器因为结构原因要满足强度要求采用钢质结构，质量大于提速区段普遍采用的铝合金定位器，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。
图2三跨绝缘锚段关节图3四跨绝缘锚段关节图4五跨绝缘锚段关节另一方面，提速区段接触线张力大，非支接触线抬高量（一跨中抬高450～500mm）较大，中心柱处两定位器会出现较大的上抬力。
当环境温度变化时难以保证两支接触线等高，也对高速取流不利。
根据哈大线的资料，四跨绝缘关节较多在800m 及以下曲线半径的线路采用。
日本和法国则倾向于不采用四跨绝缘关节。
(2)三跨与五跨绝缘锚段关节三跨与五跨绝缘锚段关节均是在跨中两接触线等高，受电弓实现从一个锚段向另一个锚段过渡。
由于跨中弹性大，不会对受电弓运行造成大的影响。
三跨绝缘锚段关节相比五跨，少了两根转换支柱，结构简单，但由于三跨转换跨中坡度（7‰～8‰）大于五跨（2‰～4‰），也远大于接触线坡度不宜大于3‰的标准，不利于高速受流。
另一方面，从工程投资上讲，五跨与三跨相比，不增加接触网支柱，只是增加两套定位支撑装置和少量的接触网，投资增加很少，就能更好满足接触网运行，也为接触网进一步提速创造了条件。
因此，建议关节式电分相的锚段关节宜采用五跨。
2.4 常用锚段关节式电分相形式关节式电分相是由两个绝缘锚段关节和中性嵌入线构成，其构成方式很灵活，组合成的电分相形式也多种多样，以下为国内外运行线路中常用电分相形式。
分别为五跨、六跨、七跨、八跨、九跨（如图5～图10）。
图5双三跨关节式电分相（五跨）从电力机车高速受流角度看，分相绝缘装置中性区长度越短越好。
图8的布置方式要求在中间一根支柱上安装三支接触悬挂或增加一根支柱，结构稍显复杂。
图10的布置方式则要求在中间一根支柱上同时做两个方向的下锚，这样的安装方式工程上需做特殊处理。
图6高速动车六跨电分相示意图图6设置方式由2个4跨绝缘锚段关节重叠2跨构成，为6跨形式，按满足双列重联动车组正常工作双弓弓间距200～215m设计，中性段长度小于200m、无电区长度约30m。
武广客专部分区段、哈大客专、京石客专、郑武客专部分区段等客运专线按此设计。
但这种形式电分相中间支柱需要安装3套腕臂来分别悬挂3支接触悬挂，使安装调整比较复杂，且需要双支柱实现。
图7双四跨关节式电分相（七跨）图8京广线石桥—临颍双五跨关节式电分相示意图（八跨）图9哈大线双五跨关节式电分相示意图（九跨）图9的布置方式克服其他3种方式结构上的不足，中性区长度只比图7增加30~ 40m 左右的一跨，即可满足安装的要求。
综合上述考虑，机车单弓运行线路一般按照双五跨关节式电分相按照图9方式布置。
2.5电分相设置要求高速铁路电分相应设在进站信号机500m以外并应经行车、信号、供电等专业检算确认，应尽量避免设在变坡点、大电流和加速区段，有条件时应尽量设在6‰及以下坡度区段。
必须设在较大的坡道上时，要考虑电分相所处位置的线路坡度和列车速度、列车惰性运行距离的关系。
对于一般的高速区间而言，时速250km以上动车组通过分相后的速度损失非常有限，根据行车检算结果看，一般速度损失在15km/h左右，因此，不应只将6‰的坡度作为判断分相设置是否合适的标准。
2.6 目前电分相常见问题(1) 由于关节式电分相由两处空气绝缘间隙实现电气绝缘，电力机车运行的各种情况中，两台及以上电力机车同时牵引的重联机车、有动力回送电力机车（电力机车附挂运行）、使用中部或后部电力机车推进的运行列车及同时升弓运行的电力机车与其牵引的接触网检测车，在通过关节式电分相时，任何两个受电弓间距必须限制。
否则，就可能造成两个受电弓滑板同时搭接在两个空气间隙引起接触网相间短路（示意图如图10所示）。
关节式电分相的空间结构没有相对统一的标准，会给电力机车的运行和运输组织增加难度。
都可能引起接触网相间短路。
图10两个受电弓同时短接电分相两个空气间隙示意图(2) 电力机车停在分相中性无电区的几率大大增加。
关节式电分相中性无电区由原来的30m延长至3个跨距以上，由于列车通过电分相时需要断电利用惯性通过无电区，可能由于电分相所处位置的线路状况不良（施工限速慢行）或电分相设置的位置不合理（上坡道上、信号机前方附近）等原因，有可能使列车停在电分相无电区内，这时需请求救援，影响后续列车运行。
(3) 机车断电迟缓、送电太早或未断电通过电分相时，均可能造成拉弧烧伤导线、受电弓，甚至烧断导线、承力索，造成严重事故。
(4) 理论和运行经验都表明，受空气动力的影响，机车在高速运动过程中降、升受电弓对接触网的安全运行非常不利，运行中应尽量避免。
3结论当前，为满足快速增长的旅客运输需要，各条客运专线快速上马，三个城际快速客运系统及“四纵四横”快速客运主通道正在形成。
中国高速铁路技术也进入了一个从博采众长、消化吸收到自成体系、自主创新的关键阶段。
这也对每位从事牵引供电运维人员提出了全新挑战。
自动过电分相技术是高速铁路牵引供电系统关键技术之一。
只有通过不同形式的电分相锚段关节在客运专线运营效果的总结，才能找到适合的最佳设计方案，逐步形成具有中国特色的高速铁路接触网设计标准体系。
锚段关节式电分相比传统的器件式电分相具有非常显著的优势，其能消除机车运行过程中由于器件式电分相产生的明显硬点，受电弓与接触线的损耗，提高机车运行的稳定性，不过在实际应用中任然存在一定的问题，还需要广大科研人员不断地改进。
参考文献[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社，2002.[2] 范海江,张曼华,侯震宇.高速铁路接触网电分相设计[J].铁道标准设计,2011.[3] 班瑞平,贾明汉,吴良治,张宝奇.关于接触网关节式电分相设计的建议[J].铁道机车辆,2004.。
