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张希杰
学号:
201109356
指导教师:
任丽苗
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要完成的内容
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高速电气化铁路接触网锚段关节分析
2.1.1定义
两个相邻的锚段的斜接部分称为锚段关节。
锚段关节结构复杂,其工作状态的好坏直接影响接触网供电质量和电力机车取流。
电力机车通过锚段关节时,受电弓应能平滑、安全地由一个锚段过渡到另一个锚段,且弓线接触良好,取流正常。
2.2.2
设立锚段关节的作用
设立锚段可以限制事故范围。
当发生断线或支柱折断等事故时,由于各锚段间在机械受力上是独立的,则使事故限制在一个锚段内,缩小了事故范围。
设立锚段便于在接触线和承力索两端设置补偿装置,以调整线索的弛度与张力。
设立锚段有利于供电分段,配合开关设备,满足供电方式的需要,可实现一定范围内的停电检修作业。
2.2.3锚段长度的确定
接触网每个锚段包括若干跨距。
在确定锚段长度是要考虑发生事故的影响范围;
温度变化时因线索伸缩引起的带哦选、定位器及腕臂的偏移值不超过允许值,中心锚结和补偿器端线索张力不超过规定值。
锚段长度的确定方法一般采用取经验值和计算法,隧道内一般不分锚段,但隧道长度超过2000m时应划分锚段,划分原则与上述方法相同
2.3
电分相锚段关节设计时的基本要求
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)的间距不等于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。
2.4对各类锚段关节进行分析比较
锚段关节按用途分可分为绝缘锚段关节和非绝缘锚段关节。
区别在于非绝缘锚段关节只起机械分段的作用,而不起电分段的作用,绝缘锚段关节起机械分段作用,又有电分段的作用。
按锚段关节的衔接长多有可分为二跨距、三跨、四跨、五跨、七跨、八跨、九跨锚段关节等不同的形式。
一般构电分相的有四跨、五跨、七跨、八跨用的最多,下面我们具体说说比较常用的几种锚段关节。
2.4.1四跨绝缘锚段关节
四跨绝缘锚段关节如图1,它组成由两根锚柱、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。
在中心支柱处,两接触线等高,并保证受电弓在由一个锚段过渡到另一个锚段时,过渡较平稳。
图1四跨绝缘锚段关节
2.4.2五跨绝缘锚段关节
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。
五跨绝缘锚段关节是锚段关节中含有五个跨距,主要在高速电气化铁路中应用。
因为四跨锚段关节在受电弓由一个锚段过渡到另一个锚段时,是在中心柱处转换的。
在此处,虽然可以控制并实现两支接触线等高,但在定位点处,由于有两个定位器,其弹性性能明显变差,在此不仅会加大接触线的磨损,而且影响受流。
所以在160km/h以上的电气化线路上,绝缘锚段关节都用五跨绝缘锚段关节。
在技术上要求与四跨相同。
很明显,其两组悬挂的转换点在中间跨距的中心,这样保证了弹性良好、过度平稳,延长接触线使用寿命。
五跨绝缘锚段关节如图2所示。
图2五跨绝缘锚段关节
2.5电分相式锚段关节
对于高速电气化铁路,其电分相已不能用常规带有绝缘滑条式的电分相装置,因为常规式电分相装置动态性能差,在实际应用中会在电分相处形成一连串的硬点,不仅会造成接触线磨耗加剧,而且严重时,会形成火花甚至拉弧,烧损接触线。
当然,对告诉运行的受电弓也会造成危害或烧伤。
因而,对于160km/h以上的准高速及高速电气化铁路,电分相都采用锚段关节的过渡形式。
以锚段关节的形式形成过电分相,使在高速运行时,受电弓平稳,保证设备良好运行及受流质量。
2.5.1七跨电分相锚段关节
七跨式绝缘锚断关节,是由两个四跨绝缘锚段关节交叉组合而成,从头到尾共有七个跨距。
其原理是利用两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。
七跨式电分相如图4,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作工作支,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。
机车乘务人员须按照设置的“断”、“合”、电力机车禁“停”标志断、合机车主断路器。
图4七跨关节式电分相直线平面图
2.5.2九跨电分相锚段关节
九跨式绝缘锚断关节式电分相,它是由两个五跨绝缘锚段关节交叉组合而成,从头到尾共有九个跨距。
在整个锚段关节内两支接触悬挂的水平间距均为500mm。
两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。
图形和七跨电分相平面图一样,只不过多了两个转换柱的跨距,可参考图4
2.5.3八跨电分相锚段关节
八跨锚段关节式电分相的结构如图5所示。
图中Z表示直线区段;
J表示绝缘锚段关节;
ZJ为支柱装配形式。
图5八跨锚段关节式电分相的平面图
不管是哪种型式,其结构都是利用2个绝缘锚段关节重合1跨或2跨,再增加1个分相锚段组成,即:
分相锚段与既有接触网的2个下锚支组成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作工作支,而分相锚段与既有锚段间采用相间空气绝缘的装配形式,从而达到分相的目的。
八跨锚段关节式电分相由2个五跨绝缘锚段关节重合2跨组成,它比其他2种多了分相中心柱,其余结构相同。
2.5.3其他跨距的绝缘锚段关节
六跨绝缘锚段关节有两个四跨绝缘锚段关节重叠两跨构成,为六跨形式,在哈大、京石、郑武部分区段的客用专线按此设计。
但这种形式安装调试比较复杂,且需双支柱实现。
还有还有一种是十二跨距的它是由两个五跨绝缘锚段关节加两跨中间柱装配构成。
满足双列重联动车组正常工作双工间距200~250m设计,接触网电分相无电区长度大于220m。
2.7锚段关节式电分相存在的问题
(1)由于关节式电分相由两处空气绝缘间隙实现电气绝缘,电力机车在过关节式电分相时,任何两个受电弓间距必须限制。
关节式电分相的空间结构没有相对统一的标准。
(2)电力机车停在分相中性无电区的几率大大增加。
(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
2.8与器件式电分相的比较
根据铁路多年来的接触网动态检测结果,同样的接触悬挂方式,同样的运行速度,器件式电分相的硬点平均为接触网的3一6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,。
传统的分相绝缘器由3个绝缘棒组成,在导线上有6个接头,使分相处成为薄弱环节,机车通过分相时,接头处容易打弓,从而加速了导线磨耗和受电弓的磨损,限制了通过速度。
据多年运营统计,该处故障率较高,故应尽量减少使用。
锚段关节式电分相的设立,减少了硬点,降低了该处的故障率。
且适于高速行车,提高了运营的可靠性。
建议比照法国标准结合我国实际,新线建设时速为120km以上的线路应采用关节式电分相。
由于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20世纪末我国电气化铁路提速改造中又被普遍采用。
时速大于160km的接触的电分相是由相邻的绝缘锚段关节和一个中间不带电的架空接触网区段构成。
这种结构有两种变化的情况,一种是中性段的总长度设计成比牵引车辆上两个受电弓之间的最小间隔短;
另一种是中性段的总长度比多弓动车组上距离最远的两受电弓之间的最大距离长。
目前,世界大多数国家的高速电气化铁路电分相也均采用关节式电分相型式。
可以预见,它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式。
2.9对电分相式锚段关节设计的改进措施
(1)
新线建设或改造,时速为120
km以上的线路采用关节式电分相。
(2)
关节式电分相可统一为双五跨绝缘锚段关节(九跨)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。
(3)
由于双五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。
(4)
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。
(5)
尽快设计适应我国铁路客货列车混跑的现状的以满足电动车组多弓用行方案。
2.10对器件式电分相的改进措施
自动过分相装置的应用:
国内接触网上每隔20km~25km就有一长约30m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,惯性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及精神负担,操作稍有疏忽就会拉电弧烧分相绝缘器,甚至造成事故。
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。
因此研究电力机车过相分段自动转换系统是非常必要的。
目前自动过分相有三种方式:
一是地面自动转换电分相装置;
二是柱上式电分相自动转换装置;
三是车上式电分相自动转换装置。
3总结
本课程设计介绍了电气化铁路各类锚段关节以及用锚段关节取代器件式电分相,还包括电分相的形式、作用、设置要求及与传统的器件式电分相的比较。
近年来,由于列车速度的大幅度提高,为了消除器件式电分相存在的问题,对电分相的设计主要采用锚段关节取代器件式并结合现场实际情况,对器件式电分相进行改进,自动过电分相的装置的应用,器件式电分相有一个极大优点,其中性区很短,特别适合在重载、大坡度区段使用。
可以预见,它也必将成为我国高速电气化铁路的首选型式来最终确定高速电气化铁路的锚段关节的设计。
参考文献
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西南交通大学出版社,2002:
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中国铁道出版社,2000.86-93
[4]李伟.接触网[M].北京:
中国铁道出版社,2000:
60.107.
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