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現(xiàn)行電氣化鐵路中，為使單相的牽引負荷在三相電力系統(tǒng)中盡可能均勻分配，牽引網(wǎng)采用了輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。為避免在換相時列車發(fā)生相間短路，分相分區(qū)處用絕緣器件或絕緣錨段關(guān)節(jié)分割相鄰供電區(qū)，形成電分相，稱作中性段（即為電分相）。

過分相即為列車行駛過中性段的過程，目前最常見的過分相方式是車載式自動過分相，該方式需要多次列車主斷路器動作，并存在過中性段時列車無牽引電流導(dǎo)致列車降速和無法達到運載量期望值的問題。

機車過分相時保持持續(xù)供電的地面式不停電過分相技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢。以三菱公司為代表的基于高壓晶閘管閥組的帶電過分相系統(tǒng)和以日本“明電舍”為代表的使用機械開關(guān)帶電過分相系統(tǒng)是目前比較常見的不停電過分相裝置，但是它們?nèi)源嬖诙虝r失電，實際運行效果并不理想。2017年，由中國中車承擔的“先進軌道交通”國家重點研發(fā)計劃項目對“虛擬同相柔性供電技術(shù)”開展了技術(shù)研究與示范，提出了一種柔性不斷電過分相裝置，具有較好的先進性，但是尚未規(guī)?；瘧?yīng)用。

在帶電過分相的整個過程中，列車從一個穩(wěn)定狀態(tài)切換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，電氣量不斷變化，錨段關(guān)節(jié)處往往伴隨過電壓、過電流的暫態(tài)過程，可能引發(fā)燒毀車頂設(shè)備等安全問題。所以列車過分相的暫態(tài)過程分析及其抑制措施研究十分重要。

地面式自動過分相采用錨段關(guān)節(jié)式的電分相結(jié)構(gòu)，在圖1中，Q1、Q2是在絕緣錨段關(guān)節(jié)側(cè)起連接作用的真空開關(guān)，用于接通與斷開中性段和其兩側(cè)的接觸網(wǎng)，CG1~CG4是在地上安裝的傳感器，用于監(jiān)測機車的位置信息然后向開關(guān)發(fā)送控制信號，JY1、JY2代表分相區(qū)。通常Q1和Q2都保持斷開，中性段處于不帶電狀態(tài)。

機車從左向右行駛，當接近傳感器CG1時，傳感器向開關(guān)Q1發(fā)送控制信號使其連通，這時A相供電臂向中性段提供牽引電流，當傳感器CG2周圍監(jiān)測到機車接近時，傳感器立即向開關(guān)Q1發(fā)送控制信號使其斷開，并在較短時間后向開關(guān)Q2發(fā)送控制信號使其閉合，這時B相供電臂給中性段提供牽引電流。機車過分相時保持持續(xù)受流，并且沒有增加對于機車的控制，所以這也被叫作機車不停電過分相。

不停電過分相方式無需對機車操作，列車失電時間短，速度損失小，適用于我國多車型的復(fù)雜鐵路系統(tǒng)。其缺點是整個過程比較依賴開關(guān)的帶負荷切換，對開關(guān)的機械和電氣壽命要求較高，所以要考慮開關(guān)的在線備份和檢修，投資較大；另外開關(guān)切換時可能出現(xiàn)較高過電壓和過電流，對車網(wǎng)的運行形成嚴重威脅。

不間斷過分相方式通過控制開關(guān)切換時間，可減少電弧產(chǎn)生，減少對弓網(wǎng)的沖擊。整體上，相關(guān)研究缺少勵磁涌流對過分相系統(tǒng)影響的分析，對不同抑制裝置的橫向分析比較也顯得不足。

圖1 地面式自動過分相

北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、國網(wǎng)北京豐臺供電公司的研究人員對比了合閘過程過電壓抑制三種方法，通過三種鐵路過分相過電壓抑制的裝置（從控制難度、投資成本、抑制效果方面）的對比，得到最佳不停電過分相過電壓抑制方法對比抑制效果，阻容吸收裝置最好，而MOA避雷器只能夠應(yīng)對高值過電壓。

1）控制難度。阻容吸收裝置和金屬氧化鋅避雷器不需要附加控制措施，而合閘電阻需要增加額外設(shè)備控制其開關(guān)，其開關(guān)分合時間會影響對過電壓的抑制效果。所以裝設(shè)合閘電阻的方案控制難于另外兩種，并且會引起額外的暫態(tài)過程。

2）投資成本。對于阻容吸收裝置，僅需裝設(shè)一組裝置在中性段，因為電阻和電容決定其抑制效果，所以要求電阻電容具有較高的性能和質(zhì)量。另外，長時間運行可能產(chǎn)生額外的損耗，對裝置壽命有所減少，使得后期所需的維護費用升高；對于MOA，不需要安裝在每個分相區(qū)，只要裝設(shè)在車上，另外該裝置具有無工頻續(xù)流、通流能力強的優(yōu)點，并能夠多次放電釋壓，前期成本較少。

但本體的封裝、裝置上電阻片都可能產(chǎn)生故障，后期的MOA預(yù)防性試驗也會提高成本；對于合閘電阻，需裝設(shè)控制開關(guān)，提高了成本，另外頻繁地動作開關(guān)也增加了對于開關(guān)的后期檢修和維護成本。

3）抑制效果。對于阻容吸收裝置，設(shè)定電阻為300Ω、電容為3μF，中性段上過電壓降低了37.35%，合閘過程電壓過渡平穩(wěn)，并且很大程度地減少了中性段上的諧波含量和感應(yīng)電壓。但不足之處在于參數(shù)影響抑制效果較大，所以實際中需要通過多組試驗取得最合適的參數(shù)。

對于金屬氧化鋅避雷器裝置，設(shè)定起始電壓后，中性段上過電壓降低了18.81%，并且該裝置也能夠防護雷電過電壓。但因為其具有非線性伏安特性，不能夠?qū)⑵鹗紕幼麟妷涸O(shè)定得過低，所以無法抑制低值過電壓。對于合閘電阻裝置，設(shè)定電阻為300Ω，合閘后中性段上過電壓降低了23.71%。

北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、國網(wǎng)北京豐臺供電公司的研究人員基于地面式不停電過分相方式，研究了過分相的暫態(tài)過程，分析了過電壓的相關(guān)影響因素與產(chǎn)生機理，并且優(yōu)化了列車過分相過程，使列車能夠可靠、安全、穩(wěn)定地通過分相區(qū)，得到如下結(jié)論：

1）開關(guān)帶載合閘時可能造成較大勵磁涌流，通過仿真分析了合閘勵磁涌流與電壓相位、剩磁通大小等多種因素之間的關(guān)系。

2）通過列車模型的仿真分析，探究了列車過分相四個不同的暫態(tài)過程中過電壓幅值與操作相角之間的關(guān)系。對進一步研究過分相抑制提供有益指導(dǎo)。

3）針對不停電過分相中的分合閘暫態(tài)過程，提出了改善的方案，對方案優(yōu)化效果進行比較，得出阻容吸收裝置對不停電過分相具有最好優(yōu)化效果的結(jié)論。

以上研究成果發(fā)表在2021年第1期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“電氣化鐵路不停電過分相電磁暫態(tài)及抑制措施研究”，作者為王小君、畢成杰、金程、姚超。