接触网工程课程设计报告。
专业：电气工程及其自动化
班级： 电气1102
姓名： 张荣安
学号： 201109234
指导教师： 张红生
兰州交通大学自动化与电气工程学院。
2014 年7月 4日。
1 设计原始题目。
1.1 具体题目。
电分相式锚段关节设计。
1.2 主要内容。
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的改进。
2 设计课题的计算与分析。
2.1 题目分析与设计思路。
随着列车速度的大幅度提高，器件式电分相对电力机车受电弓冲击大(俗称硬点)成为困扰我国电气化铁路提速改造的主要问题之一。由于锚段关节式电分相由两个绝缘锚段关节组成，消除了器件式电分相存在的硬点大问题，在我国新建电气化铁路及提速改造中被普遍采用。
本次课程设计主要对电分相式锚段关节进行分析比较，讨论其在我国的应用条件，同时对比传统的器件式电分相改进锚段关节式电分相。
2.2 电气化铁路接触网电分相的分类。
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。
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、十二跨等多种型式。
2.3 锚段关节。
接触网进行机械分段的线段称为锚段，相邻两个锚段的衔接区段(重叠部分)称为锚段关节。锚段关节的设置，使接触网不间断地贯通于全线。即要保证平顺、安全的锚段过渡，又要保证受流质量。
2.3.1 锚段关节的分类。
1) 按作用来分。
锚段关节分为三种：
仅起机械分段作用的称为非绝缘锚段关节，该处相邻的两个锚段在电气上是连通的；
不仅起机械分段作用，同时又起同相电分段作用的锚段关节，称为绝缘锚段关节；
带有中性嵌入段，既起机械分段的作用，又具有电分相功能的，称为电分相锚段关节。
2) 按结构来分。
二跨、三跨、四跨、五跨、七跨、九跨锚段关节，其中七跨、九跨锚段关节来代替电分相。
2.3.2 绝缘锚段关节。
下面主要比较四跨、五跨锚段关节。
1) 四跨绝缘锚段关节。
四跨绝缘锚段关节组成由两根锚柱、两根转换柱和一根中心支柱形成四个跨距。电力机车受电弓在中心支柱处实现两锚段的转换和过渡，两锚段靠安装在转换支柱上的隔离开关实现电气连接。四跨绝缘锚段关节除了进行机械分段外，主要用于电分段，多用于站场和区间的衔接处。
这种锚段关节的特点是相邻两锚段的两组悬挂，其承力索之间、接触线之间在垂直方向和水平都彼此相距500mm，以保证其电气方面的绝缘。
四跨距绝缘锚段关节如图1所示。
图1 四跨距绝缘锚段关节。
2) 五跨绝缘锚段关节。
由于四跨绝缘锚段关节存在中心柱处接触线弹性差和接触线坡度大的缺点所以不适合高速电气化铁道要求，进而产生了五跨绝缘锚段关节。在此方式下，受电弓接触两接触线是在两等高导线处，接触压力小，克服了四跨接触压力大和出现硬点的不足。同时，受电弓受流质量良好，延长接触线使用寿命。
五跨绝缘锚段关节如图2所示。
图2 五跨距绝缘锚段关节。
2.3.3 电分相式锚段关节。
不管是哪种类型的锚段关节式电分相，其结构都是利用锚段关节重合1跨或2跨再增加一个分相锚段组成，即分相锚段与接触网的2个下锚支柱组成2个绝缘锚段关节并重合2个锚段关节的1跨或2跨。在分相无电区工作范围内利用分相锚段做工作支，而分相锚段与锚段间再用空气绝缘的装配形式，从而达到分相的目的。
下面主要比较六跨、七跨、九跨锚段关节。
1) 六跨电分相锚段关节。
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间距200～215m设计，中性段长度小于200m、无电区长度约30m。但这种形式的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。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。
六跨锚段关节式电分相如图3所示。
2) 七跨电分相锚段关节。
七跨式绝缘锚断关节式电分相，它是由二个4跨绝缘锚段关节交叉组合而成，从头到尾共有七个跨距。其原理是利用2个四跨绝缘锚段关节的空气绝缘间隙来达到电分相的目的。中心柱处两支接触线距轨面等高，误差10mm，两支接触线的水平间距为500mm，误差0～50mm。
转换柱处两支接触线的水平间距为500mm，误差为0～50mm。非工作支接触线比工作支接触线抬高500mm，误差为±50mm。中性区正常情况下不带电(无机车通过时)，但不允许接地，其对地仍按25kv电压等级要求绝缘。
当电力机车准备经过电分相时，机车主断路器打开，受电弓不降弓通过。电力机车在电分相中性无电区范围内利用中性锚段来做工作支，使受电弓平稳的由一端正线锚段运行到另一端的正线锚段，该中性嵌入线从左侧的中心柱处变为工作支，到右侧中心柱处开始抬升，变为非工作支，可保证约有100～150m长的中性区。七跨锚段关节式电分相如图4所示。
图3 六跨距绝缘锚段关节。
图4 七跨距绝缘锚段关节。
3) 九跨电分相锚段关节。
九跨式绝缘锚断关节式电分相，它是由二个5跨绝缘锚段关节交叉组合而成，从头到尾共有九个跨距。在整个锚段关节内2支接触悬挂的水平间距均为500mm。2支接触悬挂间空气绝缘间隙应≥450mm；在绝缘要求上与绝缘锚段关节相同。
电力机车在通过锚段关节时，是在第五跨距内的软性区过渡的，这样可以保证过渡平稳。九跨锚段关节与七跨锚段关节在功能上是完全相同的，只是九跨电分相锚段关节可以相应的加大中性区的长度，有利于双弓运行及多弓运行。
九跨锚段关节式电分相如图5所示。
图5 九跨距绝缘锚段关节。
2.4 锚段关节实现电分相的条件。
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。
2.5电分相式锚段关节设计。
2.5.1从速度方面分析设计。
按照接触网设计原理，转换跨距的大小主要由满足跨中接触线位置在最大风偏时不超过受电弓允许的最大拉出值及误差。
1)对于既有线提速至200km/h线路，分相关节可采用七跨电分相关节的形式；也可采用九跨电分相关节或八跨电分相关节的形式。
2) 对于车速为250km/h客运专线、客货混运(双箱)线路，分相关节只可采用六跨分相关节或八跨分相关节的形式。
3) 对于车速为350km/h客运专线，分相关节只可采用六跨分相关节或八跨分相关节的形式。
由于电分相最密时约20km才有一处，一处电分相增加一根支柱定位，投资增加很少，因此为简单起见，。
2.5.2从结构方面分析设计。
1) 关节式电分相可统一为九跨绝缘锚段关节型式。其中性区长度为160m对受电弓间距的限制为是50-270m范围内禁止有两台受电弓升弓运行。
2) 由于九跨关节式电分相中性区较长，为避免机车因断电停在中性区设计时应注意，一是尽量避免设在长大坡道上；二是在绝缘五跨锚段关节上增设常开隔离开关以备电力机车停在中性区内时使用。
3) 关节式电分相应尽量避免设在800m以下曲线半径的线路以提高安全可靠性。
4) 在高速铁路上推行车上自动过电分相转换装置。
2.6电分相方面的改进。
如今实现电分相有两种办法，其一是锚段关节式电分相，另一种是电分相绝缘器。
常用器件式电分相构造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。
电分相绝缘器只用于电气上的绝缘，而导线在机械上则是通过电分相绝缘器连接在一起，不作为机械分段。其缺点是非常明显。
1) 电气化铁路每25～30km就设有一处分相，传统的器件式电分相，其分闸、合闸的过程频率是非常高的。
2) 电分相绝缘器的动态特性差，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。
3) 安装在曲线区段的分相绝缘器安装困难，负驰度和倾斜角度难以保证。经常出现电力机车受电弓经过时，对分相绝缘器造成较大冲击的现象。缩短了受电弓和分相绝缘器的使用寿命。
锚段关节式电分相的优点有：绝缘锚段关节既实现电气分开，也可以实现机械方面的分开。可以消除器件式分相绝缘器的弊端外，可以避免受电弓频繁的升降弓操作，并且可以在故障时实现临时的越区供电。
变电所跳闸而中断供电等事故而造成的经济损失也由此得到解决。不足之处是：初期建设成本较高，设备运行后，对检修工艺的要求较高，如果检修过程中误差过大，因列车是高速通过电分相，所以容易造成比较严重弓网事故。
通过对上述各类电分相的分析，可以看出，目前我国的大多数铁路动车组运营线路上比较适合采用“七跨”式空气绝缘电分相；而在各种临时过渡的情况下，可以采用“五跨”式空气绝缘电分相；但随着我国铁路的快速发展，接触网“十二跨”式空气绝缘电分相对于动车组的运营，其弓网关系比较理想，所以今后在高速列车运营线路上的运用会比较广泛。
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