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1、电分相对区间信号机布置的影响张 博 钱 伟 于 伟 伟摘要：本文分析了各种列车编组以不同速度通过电分相的情况，通过计算所需要的走行时间和距离，提出了起动距离的计算公式。当通过信号机需要布置在电分相附近时，电分相对行车安全和通过能力会产生重要的影响.结合不同的线路条件，文章详细描述了这些影响，并且通过合理的区间信号机布置来解决这一问题。关键字：电分相 信号机 安全 通过能力铁路电气化和信号自动闭塞都是为了提高输送能力，由于铁路客、货运量的迅速增长，在实际铁路建设中，两者经常同时采用，从而进一步提高铁路运输能力。但电气化铁路存在电分相，对区间信号机布置产生非常重要的影响，也影响提高通过能力和保障行
2、车安全。因此，需要对这一问题展开全面的分析，以解决他们之间的矛盾。1 电分相的产生电分相的产生，是因为电网提供给铁路的是三相电源，而电气化铁路使用的是单相电，为了电网的三相尽可能平衡，一般都是相邻的区段依次使用三相电中的一相，中间分割的地方就是分相区，设置电分相，例如图1中分相绝缘器段即为电分相。电分相一般设置在牵引变电所出口及供电臂末端。常规电分相形式有器件式和关节式(又称为空气间隙式) ,后者又有两断口与三断口两种方式。图1 器件式电分相各显示标示意图我国最早的宝成电气化铁路曾使用八跨电分相,这种八跨电分相无电区较长,在山区的电气化铁路坡度大,当时的列车速度低,机车闯八跨电分相后列车速度损
3、失严重,易出现“途停”。后来开发出了无电区较短的由3组绝缘部件构成的器件式电分相,并在国内接触网普遍采用。铁路开始提速后,由于器件式电分相不能适应列车的高速运行要求,而关节式电分相有利于改善弓网受流质量,在国内得到了广泛应用。2. 电分相对信号机布置的影响列车在通过电分相时，机车需要采取断电的措施，利用动能闯过电分相，因此，机车断电通过的区域应从“断”标开始（最高速度大于120km/h的旅客列车、行邮列车及速度为120km/h的货物列车从特殊断电标“T断”开始），至“合”标结束，包括电分相及其过渡段，“断”“合”标设置在电分相中性区段外侧30米处。新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定对电
4、分相中性区段的定义，指远离中性段中心的两绝缘转换柱绝缘子内侧间的距离。因此，接触网的实际电分相中性区段构成的无电区，与机车断电通过的区域不完全一致，而我们主要讨论机车，以下所说的“无电区”是指机车断电通过的区域。该区域的长度与电分相长度有关，但决定于“断”“合”标位置。在实际应用中，列车通过电分相的无电区长度不一，一般与线路设计的最高速度有关。最高速度不大于120km/h的通常采用器件式电分相，无电区约为90米。120km/h以上的常采用关节式电分相。关节式电分相中性区段长度技规规定小于200米，或无电区大于220米。目前，我国大部分铁路通常采用中性区段小于200米为标准，而无电区大于220米
5、只在秦沈、京津城际采用。由于地形条件不一，接触网每一跨距不完全一致（直线区段一般40米至50米），因此，计算无电区的长度需与实际线路条件结合，详见表1。线路设计速度（km/h）采用方式电分相中性区段长度（米）机车断电通过长度（特殊断电）（米）不大于120器件式3090（165)120至200关节式（6跨）200250（325）120至200关节式（7跨）200250（325）120至200关节式（9跨）200340（415）200以上关节式（6跨）200340表1 无电区长度无电区对电气化牵引区段主要有两方面的影响，一是机车应避免停在分相内，二是降低了既有通过能力。通过合理的布置信号机，可以减
6、小这两方面的影响，有利于保证行车安全和通过能力。一方面，列车可能因为通过信号机布置不合理，停在无电区内无法起动。例如，当通过信号机布置在无电区前方时，可能会出现列车停车后起动，在到达无电区前速度较低，动能不够无法闯过无电区，停在无电区内，导致需要救援；当通过信号机设置在无电区后方，并显示红灯时，列车在信号机前方停车，停在无电区内。另一方面，列车通过无电区时，机车无法提供牵引力，只有利用动能和惯性惰行的方式，列车会因为坡度，曲线阻力，空气阻力等，造成一定的速度损失，并且，随着无电区的长度的增加，速度损失也增加，从而降低通过能力。因而需要调整区间布点，以满足追踪间隔的要求。3. 电分相区附近区间信
7、号机的设置电气化铁路列车通过分相区时，机车断电利用动能惰行通过。区间信号机的设置应满足列车停于该信号点后再启，并以惰行的方式顺利通过分相的需要；CTCS等级转换点不宜设在过分相区附近，如过分相区在等级转换点的制动距离范围内，则应改变等级转换点位置。考虑到不同线路条件和列车编组，对列车制动距离和起动坡度的影响，需要分别研究几个不同速度等级下，列车通过电分相区所需要的技术条件。区间信号机设置的位置，距离电分相越远，起动距离越长，速度越高，更有利于列车依靠动能闯分相。相反，也需要计算出起动距离的极限值，避免布置信号机时，距离分相太近，因为司机为了保证不停在分相的无电区内，会提前减速，造成通过能力的降
8、低，并且容易误停在分相的无电区内。电分相与信号机的关系，一是信号机在分相前方，二是信号机在分相后面。下面分别从这两个方面来研究。3.1 信号机设置在分相前方当信号机在分相前方时，应尽量保证列车在信号机前停车后再起动，能到达需要的闯分相需要的速度。由于，货物列车的起动能力较客车差，在同样线路条件下，达到相同速度，货物列车的起动距离比较长，因此，一般货物列车能够闯过无电区，客车一般也能闯过。若分相处于连续下坡地段，一般列车可以利用惯性闯过，若处于上坡地段，列车起动难度增加，受到的阻力大，达到闯坡速度需要的时间和距离长。通过对几种列车编组在不同坡度下，闯坡需要的速度和距离分析，可以知道分相区对信号机
9、布置的影响大小。首先需要确定列车闯分相时的初始速度，由于闯分相的过程是一个速度损失的过程，因此，必须保证出口速度大于机车的最低计算速度。并且，出口速度越高，通过分相的时间越短，对通过能力的影响也就越小。由于接触网设置电分相时方案比较多，这里只列举其中2种典型的，即无电区（机车断电通过区）为90米和165米的情况，并且一般分相设置在线路条件较好，坡度较为平缓的地段因此，最困难考虑10的上坡。出口速度V2与初始速度V1的差越小，分相对通过能力的影响也就越小。出口速度计算公式如下：式中 i线路坡度（） s无电区长度（m）无电区长度（米）初始速度（km/h）线路坡度（）速度损失（km/h）出口速度（k
10、m/h）时间损失（秒）902552.522.51.49025105.219.83.41652554.320.74.516525109.615.413.5903052.127.90.89030104.225.81.71653053.426.62.316530107.422.65.9904051.538.50.39040103.136.90.71654052.537.50.916540105.234.82.1表2 闯分相速度与无电区长度的关系计算结果见表2，可以看出坡度对速度造成的损失，随着无电区长度的增加而迅速增大。对于90米的无电区，30km/h的闯分相速度可以满足10的坡度；而165米的无电
11、区，30km/h的速度只能满足小于10的坡度要求，大于10的坡度需要满足40km/h的闯分相速度。综上，无电区长度为90米和165米时，合理的闯分相速度分别是30km/h，和40km/h。列车起动后到达分相时的最低速度不小于以上初始速度，需要计算出不同列车达到上述速度所需要的距离，即分相的影响距离。不同线路条件下的起动距离为：式中 P牵引定数（t） vj初速度（km/h） vj-1末速度（km/h） FjVj时的牵引力（kN） WjVj时的阻力和（kN）根据不同列车编组，和线路条件，不同目标速度的起动距离计算结果见表3。机车编组列车类型牵引定数（t）最高速度（km/h）线路坡度（）目标速度（k
12、m/h）起动距离（米）SS3单机客车1000100530102SS3单机客车1000100540182SS3单机客车10001001030103SS3单机客车10001001040185SS7c单机客车100012053097SS7c单机客车1000120540177SS7c单机客车1000120103098SS7c单机客车10001201040179SS9单机客车1000160530140SS9单机客车1000160540258SS9单机客车10001601030143SS9单机客车10001601040263SS4单机货车500080525223SS4单机货车500080530387SS4
13、单机货车500080540714SS4双机货车5000801025133SS4双机货车5000801030197SS4双机货车5000801040364表3 起动距离计算由于200km/h及其的线路一般为客货共线，客车的起动距离比货车要短，因此，考虑分相对区间信号机布置的影响距离应满足货物列车的起动要求。120km/h及其以下的线路，保证列车以30km/h的速度闯分相，需要应满足400米，困难时可以考虑以25km/h的速度通过，需要满足250米。160km/h和200km/h的线路，保证列车以40km/h的速度闯分相，无电区对信号机布置的影响距离约750米，困难时时可以考虑以30km/h的速度
14、通过，需要满足400米。实际司机驾驶中，停车位置一般距离信号机100米以上，因此，不需要再考虑额外的余量，200km/h及其以下的线路，区间信号机的合理位置，应尽量设置分相前方400米，困难时，应该设置250米的位置。如无法达到上述要求，列车在通过分相区时，可能会因为速度过低降低通过能力，甚至误停在分相中。3.2 信号机设置在分相后方当信号机设置在分相后方，可能出现的情况有几种，列车闯分相速度过快，无法停在信号机前面，列车闯分相速度过低，误停入无电区。为了避免上述两种情况的发生，司机有可能选择停在分相前方较远的位置，来保证行车安全，然而，闭塞分区的划分很难考虑这部分的安全余量，因此，在实际过程中，司机会选择快接近分相区时，提前将速度降低，来保证通过能停在合适的停车位置，列车运行速度的降低，导致通过能力的大幅降低。在电分相设置通过信号机时，如果信号机距离分相太近，列车既要有一
