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現(xiàn)行電氣化鐵路中，為使單相的牽引負(fù)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(shí)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(guò)分相即為列車行駛過(guò)中性段的過(guò)程，目前最常見(jiàn)的過(guò)分相方式是車載式自動(dòng)過(guò)分相，該方式需要多次列車主斷路器動(dòng)作，并存在過(guò)中性段時(shí)列車無(wú)牽引電流導(dǎo)致列車降速和無(wú)法達(dá)到運(yùn)載量期望值的問(wèn)題。

機(jī)車過(guò)分相時(shí)保持持續(xù)供電的地面式不停電過(guò)分相技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。以三菱公司為代表的基于高壓晶閘管閥組的帶電過(guò)分相系統(tǒng)和以日本“明電舍”為代表的使用機(jī)械開(kāi)關(guān)帶電過(guò)分相系統(tǒng)是目前比較常見(jiàn)的不停電過(guò)分相裝置，但是它們?nèi)源嬖诙虝r(shí)失電，實(shí)際運(yùn)行效果并不理想。2017年，由中國(guó)中車承擔(dān)的“先進(jìn)軌道交通”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目對(duì)“虛擬同相柔性供電技術(shù)”開(kāi)展了技術(shù)研究與示范，提出了一種柔性不斷電過(guò)分相裝置，具有較好的先進(jìn)性，但是尚未規(guī)模化應(yīng)用。

在帶電過(guò)分相的整個(gè)過(guò)程中，列車從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)切換到另一個(gè)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(guò)電壓、過(guò)電流的暫態(tài)過(guò)程，可能引發(fā)燒毀車頂設(shè)備等安全問(wèn)題。所以列車過(guò)分相的暫態(tài)過(guò)程分析及其抑制措施研究十分重要。

地面式自動(dòng)過(guò)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(kāi)關(guān)，用于接通與斷開(kāi)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(cè)機(jī)車的位置信息然后向開(kāi)關(guān)發(fā)送控制信號(hào)，JY1、JY2代表分相區(qū)。通常Q1和Q2都保持?jǐn)嚅_(kāi)，中性段處于不帶電狀態(tài)。

機(jī)車從左向右行駛，當(dāng)接近傳感器CG1時(shí)，傳感器向開(kāi)關(guān)Q1發(fā)送控制信號(hào)使其連通，這時(shí)A相供電臂向中性段提供牽引電流，當(dāng)傳感器CG2周圍監(jiān)測(cè)到機(jī)車接近時(shí)，傳感器立即向開(kāi)關(guān)Q1發(fā)送控制信號(hào)使其斷開(kāi)，并在較短時(shí)間后向開(kāi)關(guān)Q2發(fā)送控制信號(hào)使其閉合，這時(shí)B相供電臂給中性段提供牽引電流。機(jī)車過(guò)分相時(shí)保持持續(xù)受流，并且沒(méi)有增加對(duì)于機(jī)車的控制，所以這也被叫作機(jī)車不停電過(guò)分相。

不停電過(guò)分相方式無(wú)需對(duì)機(jī)車操作，列車失電時(shí)間短，速度損失小，適用于我國(guó)多車型的復(fù)雜鐵路系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程比較依賴開(kāi)關(guān)的帶負(fù)荷切換，對(duì)開(kāi)關(guān)的機(jī)械和電氣壽命要求較高，所以要考慮開(kāi)關(guān)的在線備份和檢修，投資較大；另外開(kāi)關(guān)切換時(shí)可能出現(xiàn)較高過(guò)電壓和過(guò)電流，對(duì)車網(wǎng)的運(yùn)行形成嚴(yán)重威脅。

不間斷過(guò)分相方式通過(guò)控制開(kāi)關(guān)切換時(shí)間，可減少電弧產(chǎn)生，減少對(duì)弓網(wǎng)的沖擊。整體上，相關(guān)研究缺少勵(lì)磁涌流對(duì)過(guò)分相系統(tǒng)影響的分析，對(duì)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(dòng)過(guò)分相

北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)北京豐臺(tái)供電公司的研究人員對(duì)比了合閘過(guò)程過(guò)電壓抑制三種方法，通過(guò)三種鐵路過(guò)分相過(guò)電壓抑制的裝置（從控制難度、投資成本、抑制效果方面）的對(duì)比，得到最佳不停電過(guò)分相過(guò)電壓抑制方法對(duì)比抑制效果，阻容吸收裝置最好，而MOA避雷器只能夠應(yīng)對(duì)高值過(guò)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(kāi)關(guān)，其開(kāi)關(guān)分合時(shí)間會(huì)影響對(duì)過(guò)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(huì)引起額外的暫態(tài)過(guò)程。

2）投資成本。對(duì)于阻容吸收裝置，僅需裝設(shè)一組裝置在中性段，因?yàn)殡娮韬碗娙輿Q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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能產(chǎn)生額外的損耗，對(duì)裝置壽命有所減少，使得后期所需的維護(hù)費(fèi)用升高；對(duì)于MOA，不需要安裝在每個(gè)分相區(qū)，只要裝設(shè)在車上，另外該裝置具有無(wú)工頻續(xù)流、通流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)也會(huì)提高成本；對(duì)于合閘電阻，需裝設(shè)控制開(kāi)關(guān)，提高了成本，另外頻繁地動(dòng)作開(kāi)關(guān)也增加了對(duì)于開(kāi)關(guān)的后期檢修和維護(hù)成本。

3）抑制效果。對(duì)于阻容吸收裝置，設(shè)定電阻為300Ω、電容為3μF，中性段上過(guò)電壓降低了37.35%，合閘過(guò)程電壓過(guò)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(shí)際中需要通過(guò)多組試驗(yàn)取得最合適的參數(shù)。

對(duì)于金屬氧化鋅避雷器裝置，設(shè)定起始電壓后，中性段上過(guò)電壓降低了18.81%，并且該裝置也能夠防護(hù)雷電過(guò)電壓。但因?yàn)槠渚哂蟹蔷€性伏安特性，不能夠?qū)⑵鹗紕?dòng)作電壓設(shè)定得過(guò)低，所以無(wú)法抑制低值過(guò)電壓。對(duì)于合閘電阻裝置，設(shè)定電阻為300Ω，合閘后中性段上過(guò)電壓降低了23.71%。

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

1）開(kāi)關(guān)帶載合閘時(shí)可能造成較大勵(lì)磁涌流，通過(guò)仿真分析了合閘勵(lì)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(guò)列車模型的仿真分析，探究了列車過(guò)分相四個(gè)不同的暫態(tài)過(guò)程中過(guò)電壓幅值與操作相角之間的關(guān)系。對(duì)進(jìn)一步研究過(guò)分相抑制提供有益指導(dǎo)。

3）針對(duì)不停電過(guò)分相中的分合閘暫態(tài)過(guò)程，提出了改善的方案，對(duì)方案優(yōu)化效果進(jìn)行比較，得出阻容吸收裝置對(duì)不停電過(guò)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(bào)》，論文標(biāo)題為“電氣化鐵路不停電過(guò)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。