DC 1 500 V接觸軌應用的若干關(guān)鍵技術(shù)

于 喆，李業(yè)強

0 引言

自2006年廣州地鐵4號線第一次在國內(nèi)采用DC 1 500 V接觸軌授流方式之后，又廣泛應用于后續(xù)的廣州地鐵5號線和6號線、深圳地鐵3號線、青島地鐵3號線、無錫地鐵1號線和2號線。天津地鐵5號線、6號線在開展初步設(shè)計階段就已經(jīng)確定按DC 1 500 V接觸軌授流方式進行牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計。

本文在確定了DC 1 500 V接觸軌授流方案下，重點從接觸軌技術(shù)參數(shù)的確定、與車輛及建筑限界的配合、接觸軌與車輛集電靴的接口配合、接觸軌保證連續(xù)授流、接觸軌電氣分段以及提高接觸軌運行的安全性等方面進行關(guān)鍵技術(shù)的簡要論述，并提出相應建議。

1 DC 1 500 V接觸軌授流方式方案的確定

目前，接觸軌通常有2種授流方式，即上接觸授流方式和下接觸授流方式。上接觸授流方式在國內(nèi)有較成熟的建設(shè)和運營管理經(jīng)驗，但由于防護罩與接觸軌表面間隙較大，在戶外容易受積灰、積雪、覆冰等外界氣象條件的影響，進而影響到地鐵車輛的運行。下接觸授流方式是歐洲目前較多采用的一種方式，與上接觸授流方式相比，下接觸授流方式不受積灰、積雪、覆冰等外界氣象條件的影響，而且由于接觸軌除接觸面向下外露外，其他三面均被護罩所包圍，因此極大地提高了安全可靠性。

對于新建城市軌道交通線路，由于不受既有線路不同接觸軌授流方式的制約和影響，從接觸軌對維護人員的安全性影響以及接觸軌本身運行的安全性角度出發(fā)，一般選用下接觸授流方式的設(shè)計方案，這也是目前國內(nèi)外地鐵與輕軌普遍選用的接觸軌授流方式。

DC 1 500 V接觸軌授流技術(shù)的設(shè)計方案與DC 750 V接觸軌基本一致，主要區(qū)別在于電壓等級的提高以及針對不同運行系統(tǒng)下電氣參數(shù)的變化。

DC 1 500 V下部授流接觸軌的構(gòu)成形式如圖1所示。

DC 1 500 V接觸軌系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下幾個方面：

（1）系統(tǒng)構(gòu)成。接觸軌系統(tǒng)主要由接觸軌、絕緣支撐裝置、膨脹接頭、防爬器、防護罩和隔離開關(guān)等組成。

（2）導電軌型式。接觸軌導電體及與集電靴接觸體采用目前先進的鋼鋁復合導電軌技術(shù)。鋼鋁復合軌的截面根據(jù)牽引供電需求電流計算而定。

（3）安裝方式。接觸軌安裝位置需根據(jù)車輛選型、受流器安裝位置等因素確定，正線接觸軌一般安裝在線路行車方向的左側(cè)，在遇到車站站臺（無屏蔽門時）、道岔或緊急疏散通道時可根據(jù)工程安裝條件及安全性考慮進行換邊敷設(shè)。

圖1 DC 1 500 V下部授流接觸軌構(gòu)成圖

在不同軌道建筑結(jié)構(gòu)區(qū)段，接觸軌的安裝方式應與道床結(jié)構(gòu)形式進行配合，一般的安裝方式有與加長短軌枕合架，單獨架設(shè)以及獨立墩等形式。各種典型安裝方式如圖2所示。

（4）供電分段。接觸軌的供電分段主要實現(xiàn)接觸軌電氣連接及系統(tǒng)分區(qū)供電和維護檢修的功能與需求。圖3為國內(nèi)某工程正線接觸軌供電分段示意圖。

（5）車輛段與停車場。接觸軌在車輛段、停車場的安裝位置及方式與正線基本一致，主要不同之處是在停車列檢庫與定臨修庫內(nèi)需要根據(jù)車輛檢修工藝的要求進行合理的分段與加裝相應的保護措施。從供電分段上而言，車輛段與停車場股道數(shù)密集、行車交路復雜、車輛檢修工藝要求嚴格，接觸軌的供電分段設(shè)計方案就更為復雜。

圖2 接觸軌安裝方式示意圖

DC 750 V接觸軌在車輛段內(nèi)授流已非常成熟，而DC 1 500 V接觸軌出于安全性的考慮，目前國內(nèi)的設(shè)計方案還不盡統(tǒng)一，廣州地鐵4號線、5號線、6號線直接采用了架空接觸網(wǎng)的形式以避免段場接觸軌授流所帶來的安全性問題；深圳地鐵3號線則考慮在人員工作與活動頻繁的定臨修庫內(nèi)采用架空的移動式滑觸線供電技術(shù)進行供電。

圖3 國內(nèi)某工程正線區(qū)段接觸軌供電分段示意圖

2 若干關(guān)鍵技術(shù)與實施建議

通過上述對DC 1 500 V接觸軌授流方式的確定及簡要分析，考慮到接觸軌工程實施的條件，DC 1 500 V接觸軌技術(shù)需要從以下幾個關(guān)鍵技術(shù)進行設(shè)計與控制。

（1）接觸軌系統(tǒng)參數(shù)的確定。DC 1 500 V接觸軌系統(tǒng)的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)包括：鋼鋁復合軌技術(shù)規(guī)格及構(gòu)成、空氣絕緣間隙及爬電距離、接觸軌安裝位置、安裝跨距、膨脹接頭、端部彎頭、中心錨結(jié)的設(shè)置及要求、道岔處斷口的設(shè)置以及防護罩等技術(shù)要求。其中技術(shù)要點包括：

a.安裝跨距。由于采用DC 1 500 V電壓制式，鋼鋁復合軌的載流量與DC 750 V電壓制式相比將有所降低，其截面也可以相應減小，故其單位重量也將減少。因此在設(shè)計中應重點考慮該問題，使接觸軌安裝跨距更加合理。

b.膨脹接頭。接觸軌膨脹接頭的設(shè)置與接觸軌隨著環(huán)境溫度變化及授流時的實際情況密切相關(guān)。通過多條線路的運行實際來看，如果膨脹接頭不能正常伸縮，情況嚴重時將造成接觸軌系統(tǒng)一定程度的損壞，進而影響機車的正常運行，因此在設(shè)計中應重點考慮該問題，對膨脹接頭的設(shè)置、構(gòu)造形式等技術(shù)要求進行詳細論證。

c.端部彎頭。接觸軌端部彎頭的技術(shù)參數(shù)與車輛集電靴的參數(shù)密切相關(guān)，因此在設(shè)計過程中應與車輛專業(yè)緊密配合，使端部彎頭的技術(shù)參數(shù)更加合理。此外，通過多條線路的運行實際來看，接觸軌端部彎頭處容易出現(xiàn)集電靴拉弧與灼傷接觸軌及防護罩的事故，因此在設(shè)計中應重點考慮該問題，盡量避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。

d.道岔處斷口的設(shè)置。接觸軌在道岔處需設(shè)置自然斷口，如果斷口位置及長度等參數(shù)設(shè)置不合理，將會發(fā)生車輛集電靴與鋼鋁復合軌及絕緣支架等附件刮碰現(xiàn)象。因此在設(shè)計過程中應與車輛專業(yè)緊密配合，使道岔處斷口的技術(shù)參數(shù)更加合理，避免發(fā)生事故。

（2）接觸軌與建筑設(shè)備限界的配合。如果車輛集電靴的設(shè)備限界及工作要求確定后，DC 1 500 V接觸軌的安裝空間一般不會影響其他設(shè)備限界，從廣州地鐵4號線及深圳地鐵3號線工程實施的經(jīng)驗來看，還存在差異，在引起接觸軌與車輛之間的限界配合上應特別注意，主要是保證運行車輛的集電靴不與接觸軌設(shè)施之間發(fā)生沖突。

一般來說，接觸軌低位安裝對建筑限界的影響很小，但在圓形隧道減震道床區(qū)段受到排水坡等影響，使得接觸軌的安裝空間受到制約，因此需要在設(shè)計中提出特殊地段接觸軌安裝方案。此外，接觸軌在緊急疏散平臺及通道、信號道岔設(shè)備等處容易發(fā)生安裝限界上的沖突。

（3）接觸軌與車輛集電靴的配合。目前，適應DC 1 500 V運行的B型旋轉(zhuǎn)電機車輛尚未正式投入運營，深圳地鐵3號線計劃于2010年底通車，但在工程實施中，除上述限界的配合之外，還需要考慮不同車輛編組形式、車輛集電靴的分布及電氣連接情況對接觸軌布置和實際運行的影響。這也是接觸軌設(shè)計和工程實施中需要重點關(guān)注的問題。

（4）保證車輛連續(xù)受電。在與車輛集電靴設(shè)備限界及電氣要求配合實現(xiàn)后，考慮到接觸軌需要在道岔處、人防隔斷門、牽引變電所等處設(shè)置斷口，尤其是在連續(xù)道岔處，如果接觸軌的斷口設(shè)置不當，與車輛之間的配合發(fā)生差異，則會發(fā)生車輛失電現(xiàn)象。該問題在設(shè)計和工程實施中需要重點考慮，以避免發(fā)生車輛失電現(xiàn)象。

（5）接觸軌電氣分段的設(shè)置。接觸軌電氣分段主要取決于接觸軌斷口的設(shè)置方式，目前國內(nèi)有2種設(shè)置方式：一是大斷口模式，如北京地鐵；二是短三軌小斷口方式，如天津與武漢地鐵。2種方式各有優(yōu)劣，在設(shè)計過程中應結(jié)合車輛編組形式、車輛集電靴的分布及電氣連接情況，確定合理的斷口形式。

（6）車輛段提高安全性及維護管理的建議。采用DC 1 500 V接觸軌在地面線路，尤其是車輛段與停車場人員頻繁活動與工作的區(qū)域，其安全性顯得尤為重要。目前廣州地鐵在車輛段內(nèi)直接應用架空接觸網(wǎng)的方案避免上述問題；深圳地鐵3號線則選擇了只在定臨修庫內(nèi)架設(shè)滑觸線方式的移動式供電方式。兩者均需要車輛配置相應的取電轉(zhuǎn)換裝置，相對于架空接觸網(wǎng)模式，移動式供電技術(shù)影響較小，可以考慮在車輛段庫房內(nèi)采用。但對庫外人員容易接觸到的區(qū)域，則需要采用積極的技術(shù)與管理措施來保證DC 1 500 V接觸軌運行中對人身安全的影響。

3 結(jié)論與建議

通過以上對DC 1 500 V接觸軌授流方式技術(shù)方案的確定和幾項關(guān)鍵技術(shù)的論述，應當說，DC 1 500 V接觸軌授流方式與DC 750 V接觸軌授流方式基本相同，重點是要考慮2種牽引供電制式下電壓變化及由此帶來的運行可靠性及安全性要求的差異。同時，DC 1 500 V接觸軌在設(shè)備限界，尤其需要注意與車輛集電靴的配合，盡量減少斷口設(shè)置數(shù)量，以保證車輛受電的連續(xù)性。在提高安全可靠性方面，需要在人員活動頻繁處設(shè)置遠離操作人員的其他供電方式。