接触网工程课程设计报告
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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 题目分析与设计
在我国早期的电气化铁路中，多采用器件式电分相，但是随着车速的提高，器件式电分相难以消除的硬点使锚段关节式电分相的使用成为必要的发展趋势。锚段关节可分为绝缘与非绝缘两种类型，按照跨距的不同，常见的锚段关节有四跨、五跨以及可用作电分相的七跨、八跨、九跨绝缘锚段关节。在锚段关节处，两锚段的接触悬挂是并排架设的。对它的基本要求是当机车通过时，应保证受电弓能平滑地由一个锚段过渡到另一个锚段。
本次课程设计主要对常见的这些电分相进行分析和比较，并讨论锚段关节式电分相在我国的应用过程中存在的问题。
2.2 锚段关节的比较
2.2.1 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
2.2.2 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。五跨绝缘锚段关节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，使受电弓受流质量良好，且弹性性能好，过渡平稳，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
2.3 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。
2.3.1 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3，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3七跨电分相锚段关节
2.3.2 八跨电分相锚段关节
八跨锚段关节式电分相如图4，八跨锚段关节电分相的中性无电区为35m；在整个锚段关节内两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；为了在中性无电区保持良好的弓网关系，在关节区内加设了一个分相锚段，使分相关节有一段中性无电区，无电区段分相锚段作工作支。
图4八跨式电分相原理图
2.3.3 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。如图5所示。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5九跨式电分相原理图
2.4 电分相式锚段关节设计
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确定。
(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八跨电分相关节的形式。
(2) 对于车速为250km/h客运专线、但近期客货混运线路，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，一处分相增加一根支柱定位，投资增加很少，因此为简单起见，曲线半径为800m以上的曲线包括直线处设置的绝缘锚段关节转换跨距完全可以用800m曲线半径时的跨距选用值代替。
2.5 与传统的器件式电分相方面的比较
我国早期电气化铁路采用的电分相为结构复杂的接触网八跨、六跨、五跨等双绝缘锚段关节组成的气隙绝缘结构。后来，引进和研制了绝缘材料制作的器件式电分相。这类电分相结构简单，在速度不太高的情况(140km/h以下)下能基本满足弓网关系要求，大大减少了施工和维修难度，在20世纪80到90年代电气化工程改造中被普遍采用。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。近年来随着列车速度的大幅度提高，器件式电分相的硬点大成为困扰电气化铁路提速改造的主要问题之一。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。
2.6 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电分相并结合现场实际情况，各专业综合协调确定，来最终确定高速电气化铁路的锚段关节的设计。
