中铁电气化铁路运管公司呼和供电维管段
摘要：为满足日益增长的客运量需求，研究开行长编或重联动车组实现进一步扩大运输能力，在运营高铁（京津城际）上进行电分相适应性调整改造，在国内高铁运营史上尚属首例。
关键词：京津城际铁路；适应性调整；电分相
0 前言
京津城际铁路连接北京、天津两大直辖市，起点为北京南站，终点为天津站城际场，为双线电气化铁路，线路全长约117km，全线设北京南、亦庄、永乐、武清、天津5个车站。京津城际铁路于2008年8月1号开通运营，目前运行速度300km/h。
京津城际铁路，设计最高行车速度350km/h，验收速度350km/h，运营速度300km/h，最小追踪列车间隔时间3min（CRH3型动车组8辆编组、速度300km/h）。目前京津城际图定开行动车组85对，小长假等高峰日达110对，仍难以满足高峰时期客流增长需求。受车站车场能力限制，已难以继续增加列车密度，为了满足日益增长的客运量需求，只有研究开行长编或重联动车组实现进一步扩大运输能力。为此，急需对京津城际铁路现有的牵引供电等相关设备进行适应性调整改造。
1 电分相适应性调整方案
京津城际现有电分相共4处（复线），设计采用了带中性段的锚段关节形式，从北京南至天津，实测无电区长度分别为214.67m、201.58m、203.52m、199.69m。
由此可以看出：京津城际电分相仅能基本满足CRH3C型重联动车组CRH380BL型16辆编组动车组双弓安全运行的需要，而不能满足其它类型重联动车组或16辆编组动车组双弓安全运行的需要。
为了满足各种类型重联动车组或16辆编组动车组双弓安全运行的需要，必须对现有电分相进行改造。结合既有电分相设置状况，可采用以下四种改造方案：
方案一：改为六跨式短分相（两个四跨关节重叠两跨），使电分相中性段长度小于190m。在原电分相其中一侧绝缘关节处重叠两跨增设一个四跨绝缘关节。由于原锚段关节为五跨，该方案除了需对原有五跨关节改为四跨以外，还需更换中性段部分现有支柱，新增支柱基础和（或）拉线基础，改移中性段隔离开关，同时还需更换原中性段接触网导线等。
方案二：改为三断口式电分相。在原电分相中部再增设一个四跨或五跨绝缘锚段关节。 三断口式电分相理论上可适应任意双弓间距运行，在京沪高铁联络线上已有成功运营实践。该方案原有五跨关节维持不变，需要更换中性段部分现有支柱，新增支柱基础和（或）拉线基础，同时还需更换原中性段接触网导线等。另外，还需在新设的绝缘关节处增加中性段隔离开关，以满足越区供电需要。
方案三：维持长分相方式，适当增加无电区长度。现有4处电分相无电区长度在199.69～214.67m之间，将原电分相两个五跨关节均改为四跨关节，则4处电分相无电区的长度则均可增加到290m以上，可完全满足重联动车组或16辆编组动车组前-前、后-后模式（最大间距为225m）双弓安全运行的需要。该方案需要改移个别中性段隔离开关、更换个别支柱和定位装置等。示意图如图1所示。
图1：分相改造平面示意图
方案四：维持长分相方式及既有五跨锚段关节形式，在非工作支接触悬挂中增设绝缘元件，将无电区长度增加至230m以上，以满足各型重联动车组或16辆编组动车组前-前、后-后模式（最大间距为 225m）双弓安全运行的需要。
新设绝缘元件处非支抬高按不小于300mm控制，新设绝缘元件与原绝缘元件之间的接触悬挂应与中性段接触悬挂设等电位连接线。
非支绝缘元件外移后，个别靠近无电区中部的中性段隔离开关引线将过长（共3台），需采用串接电缆的方式实现中性段隔离开关引线的转接，电缆与接触网的连接点应设置隔离开关（手动），以便于电缆故障的切除，同时应设置避雷器以保护电缆终端。示意图如图2所示。
图2：分相改造平面示意图
2 方案比较
2.1各方案优点：
方案一：六跨电分相是借鉴法国高速铁路的一种短分相设计模式，即双弓间距大于中性区的长度。其有2个断口，但只在运行方向上装设1台网隔。无电区约22m，等效无电区约35m，中性区的距离小于190m。动车组断电过电分相，地面信号采用点式应答器方式，双弓运行时动车组断电滑行距离在400m以上，滑行时间约5s（300km/h速度下），速度损失最小。目前在国内合武客运专线等线路上大量采用。示意图如图3所示。
图3：六跨式电分相平面示意图
该短分相模式的优点是：动车断电滑行距离短，速度损失小；无电区短，较少发生动车停于无电区故障；对动车组的升弓方式制约小。
方案二：三断口式电分相是为解决受电弓多弓运行条件限制，特从意大利罗马—那不勒斯（Rome—Naples）高速电气化铁道设计中引进的。它实际上是由3个连续的绝缘锚段关节组成，有2个中性段，3个断口。无电区长度约98m，中性区长度为285m。动车组断电过分相，断电滑行距离约528m，滑行时间约为7s（300km/h速度下），速度损失也较大。该电分相锚段关节可以适应于无高压母线连接的任意双弓间距运行。目前已在国内石太、武广、京沪高铁联络线等客运专线上采用。示意图如图4所示。
图4：三断口式电分相平面示意图
该电分相锚段关节有以下优点：（1）解决了受电弓间距的制约问题。（2）如果发生动车停于无电区内，“有可能”在两侧馈线不停电的情况下将动车救援出无电区。
方案三、四：京津城际铁路既有分相形式是十二（三）跨的长分相设计模式，即电分相无电区长度大于双弓间距。按照重联动车组受电弓前后车都升前弓或前后车都升后弓的运行方式，双弓间距为200～215m，无电区长度约为220m。动车组断电过分相，地面信号采用点式应答器方式。双弓运行时动车组断电滑行距离在800m以上，滑行时间约为10s（300km/h速度下），速度损失很大。其分相示意图如图5所示。
图5：十二跨式电分相平面示意图
京津城际铁路锚段关节式电分相的设计优势：在于它对2个断口（空气绝缘间隙）都加装了网上隔离开关（以下简称网隔）。在实际运行中发现该双断口双网隔的设计使越区供电非常方便。
2.2 方案比较
4种方案的比较见表2：
表2 电分相调整方案比较表
根据以上分析、比较，方案四比其他方案有明显优势。主要有原因有以下四点：
（1）方案四本着尽可能少改动既有设备的原则，充分考虑了设备利旧，非支绝缘元件外移后，既有中性段隔离开关引线采用串接双根电缆的方式实现隔离开关引线的转接,有效避免了运行中隔离开关的改移，同时解决了“京津城际线路轨道吊车/大型汽车吊车无法进行吊装作业”这个难题。
（2）方案四维持既有五跨锚段关节形式，仅对关节内非支接触悬挂进行调整，工、非支接触悬挂水平及垂直高差挂参数基本保持不变，等高点变化范围控制在5米之内。新方案对既有接触悬挂改动较小，规避了施工风险，同时确保改造后的接触网具备良好的平顺性、弹性和稳定的电气性能，提高了设备运行的可靠性。
（3）方案四最终仅用9个施工天窗（相对其他方案节省天窗高达80%），累计出动630人次，完成了改造任务，极大的降低了施工难度，缩短了施工工期。
（4）方案四做到设计合理、改造工作量减少、施工难度降低、工期缩短，节省改造投资100多万元。
3 结束语
此次京津城际牵引供电电分相设备适应性改造，既满足长编或重联动车组的运输需要，又降低了施工难度、提高了工作效率，保证了质量和工期，还取得了显著的经济效益和良好的社会效益。
参考文献：
[1] 京津城际铁路开行长编及重联动车组相关设备适应性调整工程设计说明[R].中铁电气化勘测设计研究院有限公司.天津，2013.
[2] 鞠静梅.高速电气化铁路的接触网电分相形式探讨[A].铁道标准设计.2007.
[3] 丁为民.三断口式接触网电分相装置原理及其应用[J].电气化铁道.2007.
论文作者:宋建生
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/27
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