孙宇霆 李北晔
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130062
摘要：近年来我国铁路事业发展迅速，各项技术更加完善，不仅提高了铁路车辆速度，同时也大大改善了车辆的运行安全性与稳定性。对于高铁枢纽来讲，牵引供电系统复杂度在不断的提高，设置了大量的电分相，这对于提高车辆运行稳定性具有重要意义。确定过分相系统存在的必要性，了解其自身的功能性，并分析总结其在铁路车辆稳定运行中所起到的作用。
关键词：过分相；铁路；车辆运行
我国电气化铁路电力机车自身并不带能源，多是采取工频单相供电方式，为了平衡电力系统的各相负荷，牵引供电基本上均采用的是相序轮换供电，这样就需要在接触网内设置电分相，用以隔离不同相电，确保不会在车辆运行中出现相间短路问题，保证车辆运行稳定性与安全性。目前我国电气化铁路过分相系统逐渐完善，但是从实际应用效率上来讲还存在一定的缺陷，仍需要做进一步的研究优化。
一、过分相形式
因为相邻供电区间两接触网电压、相位存在差异，为了避免两相短路，需要在牵引变电所以及分区所设置电分相。电分相形式分为器件式和关节式两种，其中关节式又可以细分为两断口与三断口两种。器件式电分相共包括3组分相绝缘器，在列车高速通过分相时，会对分相绝缘器进行连续3次的冲击，电弓会因此产生剧烈振动，有可能造成电弓损坏出现弓网事故[1]。并且，分相绝缘器的自重较大，会造成分相绝缘器正弛度，列车快速通过带来的冲击，存在非常大的可能会造成断线事故。相比来讲，关节式电分相的应用优势更明显，具有无硬点、过渡平滑以及对受电弓以及接触网冲击小等特点。目前我国铁路以两断口关节式电分相为主，电分相无电区或中性段的长度必须要满足双弓运行要求，可结合实际条件采用长分相方案或短分相方案，即无电区长度大于双弓间距（长分相方案），或者中性段长度小于双弓间距（短分相方案）。
另外，根据主断路器是否闭合，铁路车辆过分相形式还可以分为断电过分相与带电过分相，而断电过分相又可以细分为手动断电过分相与车载自动过分相，带电过分相分为柱上开关过分相、机械开关地面自动过分相、电子开关地面自动过分相以及柔性地面自动过分相。其中，手动操作过分相为最早应用的形式，目前因为其存在的列车速度损失过大、易造成驾驶员疲劳以及容易产生过电压冲击等缺点逐渐被淘汰。而基于高压晶闸管阀式的电子开关自动过分相技术的实际应用优势更为突出，其通过大功率高晶闸管阀组代替了传统的机械开关，确保机车能够安全、稳定的带电通过电分相区段，同时器件具有更长的服务寿命，相比其他过分相形式性价比更高[2]。
二、电子开关过分相系统
1.过分相系统工作原理
根据图1来分析电子开关过分相系统的工作原理，如图中所示CG1-CG3为计轴位置传感器，CG1与CG3安装于距中性区一定距离的轨道旁，而CG2则安装于中性区内的轨道旁，高电平则表示有机车通过该区域。有机车从A处驶来，首先达到CG1位置，此时SCR_V1导通，由A相来为中性段接触网供电。然后机车继续行驶进入到中性段区域，达到CG2位置，此时SCR_V1关断，而SCR_V2导通，完成中性段供电的换相变换。最后在机车驶离CG3位置时，SCR_V2关断，装置及各设备恢复到原始状态，完成全部带电过分相过程。
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图1 电子开关过分相系统工作原理示意图
2.过分相系统工作流程
在过分相的整个工作流程中，t1时刻机车首先经过CG1位置，由计轴位置传感器来输出高电平机车位置信号，通过阀组控制系统接受逻辑控制系统命令，完成阀组触发动作。此时SCR_V1为导通状态，但是并不会有机车负载电流流过。t2时刻机车继续行驶进入中性区，此时SCR_V1有机车负载电流流过。t3时刻机车达到CG2位置，继续计轴位置传感器来输出高电平机车位置信号，通过阀组控制系统接受逻辑控制系统命令，完成SCR_V1关断动作[3]。t4时刻，阀组控制系统接受逻辑控制系统命令，完成SCR_V2触发动作，SCR_V2内流过机车负载电流。t5时刻机车驶离中性区，SCR_V2无机车负载电流流过。当机车进入供电臂B后，t6时刻到达CG3位置，由计轴位置传感器来输出高电平机车位置信号，通过阀组控制系统接受逻辑控制系统命令，完成SCR_V2关断动作。
3.系统关键技术
3.1双冗余系统技术
成套装置各系统应用双冗余设计方案，可进一步提高供电设备可靠性。如图2SCR_V1与QF2，SCR_V2与QF4互为备用，如果电子开关出现故障，QF2或QF4便可以将其旁路，QF1与QF3负责完成中性区电源切换，同时通过QS1或QS2来切除主电路中的故障电子开关，确保电子开关的检修安全。另外，逻辑总控制系统同样应用热备用双系统控制设计，可提高控制系统的可靠性。
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图2 过分相系统部件构成
3.2故障导向安全技术
过分相为组成牵引供电设备的一部分，如果装置故障，除了要排除自身危险以外，还需要在故障后将该区段的车网系统导向安全，以免机车带电闯分相。通过故障导向安全技术，来最大程度上降低成套装置故障对车网系统带来的不利影响，以及在故障后能够将系统导向安全，确保机车运行平稳安全。
结束语：
过分相的设置对于保证铁路车辆稳定安全运行具有重要意义，目前我国铁路相关技术水平在不断的提高，过分相形式也在逐渐的更新，功能在不断的优化，可根据实际需求来选择应用合适的过分相形式，确保机车能够平稳运行。
参考文献：
[1] 崔艳龙.高速铁路枢纽内机车连续自动过分相研究[J].电气化铁道,2020,31(03):21-25.
[2] 邱文俊,胡前.重载铁路电子开关自动过分相应用技术研究[J].电气化铁道,2019,30(06):17-21.
[3] 牛利雄.关于大准铁路电力机车过分相操纵的探讨[J].内蒙古科技与经济,2019(23):85-87.