1.基本题目
1.1 题目
高速电气化铁道电分相设计； 1.2 题目分析
在单相交流牵引供电系统中，电力机车是由单相供电的，为了平衡电力系统的A、B、C各相负荷，一般要实行A、B相轮流供电。所以A、B相之间要进行分开，这称为电分相。电分相通常由分相绝缘器实现。
根据要求，在变电所出口处及两牵引变电所之间（供电臂末端），必须设电分相装置。两个牵引变电所之间的接触网，可以实现单边供电，也可以实现双边供电。在单边供电的情况下，在牵引变电所之间的适当位置设电分相装置，把接触网分为两段，每段有一个牵引变电所供电。在双边供电情况下，由两个牵引变电所同时向此区段供电。在实现双边供电时，两牵引变电所的负荷能均匀分配，接触网的网压可以得到相应改善。
电分相装置分为四种类型，即常规电分相装置、地面自动转换电分相装置、柱上断载自动转换电分相装置及车载断电自动转换电分相装置。
2.题目：高速电气化铁道电分相设计
2.1常规电分相及电分相装置
实现电分相，当前采用的又两种方法，其一是利用锚段关节进行电分相，另一种是利用专门的电分相装置进行电分相，后者成为电分相绝缘器。
接触网中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。锚段关节中，带有中性嵌入段，既起机械分段的作用，又有电分相功能的，称为电分相锚段关节。一般包括六跨、七跨、九跨电分相锚段关节。
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特性差，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，对于高速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。以锚段关节的形式实现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。七跨电分相锚段关节的结构如图1所示。
从图1中可以看出，七跨锚段关节加入一个七跨长的中性嵌入线，中性嵌入线保证在中间5个跨距内是绝缘的。该中性嵌入线从左侧的
处变为工作支，到右侧
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处开始抬升，变为非工作支，又三个跨距长度处于工作状态，可保证约有100～150m长度的中性区。
ZJ1800 ZJ2200 ZJ3 ZJ1 ZJ2 ZJ3800300300800中性区
图1 七跨电分相锚段关节
高速接触网电分相，有时需要更长的中性嵌入线，这时，就要采用九跨锚段关节形式实现电分相。九跨电分相锚段关节相当于两个四跨绝缘锚段关节连接起来，具有两个跨距长度的中性区（约100 m）。同时，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。在绝缘距离的要求上与绝缘锚段关节相同。九跨锚段关节与七跨锚段关节在功用上是完全相同的，只不过九跨电分相锚段关节可以相应加大中性区的长度，有利于双弓运行及多弓运行。
电分相绝缘器与绝缘锚段关节不同，它只能用于电气上的绝缘，而导线在机械上则是通过电分相绝缘器连接在一起，不能作为机械分段。而绝缘锚段关节则既可实现电气分开，也可以实现机械方面的分开。
在电分相装置处，为防止相间短路，各相间用空气间隙或绝缘元件分割成为电分相，。从而使接触网上每隔20～30km就有一个长度约为30m的无电区，电力机车通过无电区时是靠惯性通过点的。为防止机车带电通过而烧坏接触网悬挂部件，导致相间短路、牵引变电所跳闸等不良后果，电力机车在通过电分相是，必须严格遵守断电、降弓等一系列的操作规程。
常规电分相绝缘器的构造如图3所示，其中图（a）是一种由三组分段绝缘元件串联组成的分相设备，串联在接触线中，绝缘元件为环氧树脂玻璃布层压板，每件绝缘元件长度为1.8m，宽带为25mm，高度为60mm，在底部开有斜沟槽；图（b）是一种由四组分段绝缘元件串联组成的分相绝缘器，绝缘元件的材质和性能是相同的，增加一种绝缘元件是为了增加可靠性，同时可相应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。
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艺，电气绝缘性能好，并且具有耐磨性好、整体质量轻、安装方便、使用寿命长等优点。根据所使用的导线类型不同，它可分为T型和GL型两种类型，整体长度：T型≥2200m，GL≥2300mm。绝缘元件为1800mm，且两端设有引弧件，形成消弧角，具有良好的消弧能力。
图4 XTK电分相绝缘器
在安装XTK电分相绝缘器时应注意技术要求，在调整好后，能避免其产生硬点，具有良好的运行效果。T型用于TCG-100及TCG-110等导线类型，GL型用于钢铝电车线。
电分相绝缘器在线路上的平面布置如图5所示。在电分相绝缘区段的相关位置设立了明显断（电）标D、合（闸）标H和禁止双弓标J。
图5 电分相绝缘器及其安装示意图
由图可知，在机车到达断电预告标D处，电力机车操作规程规定，这时需退级，关闭辅助机组，断开主断路器，惰性通过电分相装置，在机车到达合闸预告标H时，要进行一系列上述的反相操作。这种常规电分相装置不仅影响到重载、高速和行车安全，而且对司机是个沉重的思想负担，如果遇到大坡道或高速区段，给司机的操作带来很大的难度，如稍有疏忽，操作不当就会造成拉弧、烧伤分相绝缘器等事故。在列车运行速度较低时，尚可实行这种操作。随着电气化铁路的提速，以及准高速和高速铁路的建设，这种常规电分相装置远不能满足运行的要求。瑞士AF公司研制开发了由两组分段绝缘器组成的电分相绝缘器，它们的长度都很短，绝对禁止升双弓。两种电分相绝缘器都具有消弧角，它具有轻度的消弧功能，借以防止机车通过时，没有及时断开主断路器或因电位差形成的电弧。因此，机车必须停电通过，其结构如图6和图7所示。
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