軌道交通接觸網(wǎng)電分段及單向?qū)ń^緣軌縫拉弧現(xiàn)象分析

王永平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300250)

1 概述

在城市軌道交通車輛段出入口處，車輛受電弓通過接觸網(wǎng)四跨電分段常出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，當(dāng)機車誤停于四跨電分段處時，還會燒斷接觸線，經(jīng)對測試數(shù)據(jù)分析，探究接觸網(wǎng)四跨電分段拉弧及燒斷接觸線的原因及車輛段出入口處單向?qū)ㄅ渲玫慕^緣軌縫出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，燒蝕軌縫接頭原因。

2 四跨電分段受電弓拉弧原因測試

在上海九亭停車場西岔出庫線接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)處進(jìn)行弓網(wǎng)試驗，當(dāng)機車運行到四跨電分段中部時，即受電弓將正線與車輛段間的接觸網(wǎng)短接，當(dāng)兩線間網(wǎng)壓不等時產(chǎn)生電流越區(qū)供電現(xiàn)象，且間斷產(chǎn)生瞬間電流變化，因電感電流不能突變受電弓與接觸線產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。通過測試停車場、九亭站、七寶站對應(yīng)的饋線電壓、電流，得到如下的動態(tài)圖形，正線車站的九亭站牽引所及七寶站牽引所同時產(chǎn)生向九亭停車場牽引所瞬間越區(qū)供電：

(1)在九亭停車場牽引所測試電流、電壓波形見圖1。

(注：圖中上部曲線線為車輛段牽引所網(wǎng)壓，中部曲線為停車場牽引所饋線電流，下部曲線為停車場牽引所入口處的回流電纜回路電流)

圖1九亭停車場牽引所電流，電壓波形

圖1為機車由停車場向正線運行至四跨電分段時，當(dāng)受電弓由停車場接觸網(wǎng)向正線接觸網(wǎng)滑行瞬間短接兩接觸線時，因正線越區(qū)供電使停車場牽引所饋線電流及回流電流在正線越區(qū)供電時瞬間減少。

(2)在九亭站牽引所動作網(wǎng)壓及饋線電流、電壓波形見圖2。

圖2為在同一時間機車由停車場向正線運行至四跨電分段時，當(dāng)受電弓由停車場接觸網(wǎng)向正線接觸網(wǎng)滑行的瞬間短接兩接觸線時，因正線網(wǎng)壓高于停車場網(wǎng)壓而瞬間越區(qū)供電，九亭站牽引所饋線電流突增。

(注：圖中上部曲線為九亭站牽引所饋線網(wǎng)壓，下部曲線為九亭站牽引所饋線電流)

圖2九亭站牽引所電流，電壓波形

(3)在七寶站牽引所網(wǎng)壓及饋線動作電流、電壓波形見圖3。

圖3為在同一時間七寶站牽引所饋線電流瞬間向停車場越區(qū)供電，饋線電流突增。

(4)九亭站、七寶站、停車場3個牽引所對應(yīng)的饋線網(wǎng)壓見圖4。

由圖4可以看出，正線九亭站牽引所(上部曲線)、七寶站牽引所(上部曲線)的母線電壓高于停車場牽引所母線電壓(下部曲線)，其正線電壓高于停車場電壓約160 V。

(5)九亭站、七寶站、停車場三個牽引所對應(yīng)開關(guān)的電流見圖5。

(注：圖中上部曲線為九亭牽引站饋線網(wǎng)壓，下部曲線為七寶站牽引所饋線電流)

圖3七寶站牽引所電流，電壓波形

圖4 三個牽引所對應(yīng)的饋線網(wǎng)壓波形

圖5 3個牽引所對應(yīng)開關(guān)的電流波形

由圖5可見，上部及中部曲線為正線越區(qū)供電電流，下部曲線為四跨入口處反向電流。

3 四跨電分段受電弓拉弧原因分析

(1)正線網(wǎng)壓與停車場網(wǎng)壓不等

通過以上動態(tài)測試圖形可知，正線網(wǎng)壓高于停車場網(wǎng)壓，在列車經(jīng)過四跨電分段關(guān)節(jié)處，通過受電弓滑板將正線及停車場的接觸網(wǎng)搭通短接，使正線的九亭站牽引所、七寶站牽引所同時向停車場倒灌電流，其停車場網(wǎng)壓低于正線原因有2個，其一是停車場牽引所網(wǎng)壓整定值低于正線，其二由于夜間機車基本回庫整備，庫內(nèi)負(fù)荷較大，網(wǎng)壓下降，導(dǎo)致正線網(wǎng)壓高于庫區(qū)網(wǎng)壓。

(2)四跨電分段供電方向不同

在出入停車場口處的四跨電分段上，其相間的兩個接觸線來電方向相反，為不同方向的兩個牽引變電所，當(dāng)機車通過四跨電分段時，其電流是由后方牽引所經(jīng)接觸網(wǎng)、機車、鋼軌回到后方牽引所，瞬間電流又突變過渡到由前一方牽引所經(jīng)接觸網(wǎng)、機車、鋼軌回到前方的牽引所，這樣的一個直流回路大突變，由空間磁場抑制電流不能突變而產(chǎn)生反電動勢的作用，導(dǎo)致拉弧現(xiàn)象。而正線上的四跨電分段均是由同一個牽引變電所的同一母線等值電壓供電，即不會由電壓不等或反電動勢產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。如圖6所示。

圖6 3個牽引所對應(yīng)平面供電位置

(3)當(dāng)機車常時間誤停于電分段處

由圖6可知，通過受電弓越區(qū)電流約為750 A，若當(dāng)機車常時間誤停于電分段處，在接觸取流過程中，出現(xiàn)正線電流長時間流過接觸線及受電弓滑板進(jìn)入庫區(qū)，并通過停車場內(nèi)的負(fù)載形成回流通道。當(dāng)接觸線與受電弓滑板間接觸電阻R與電流I2和時間T的乘積，造成接觸線局部溫升過高，將會使接觸線燒斷。

4 解決方法

(1)調(diào)整好停車場牽引所網(wǎng)壓，根據(jù)停車場最大負(fù)荷，正線無負(fù)荷時電分段末端電壓與正線有負(fù)荷停車場無負(fù)荷時電分段末端電壓之差，取其中值。

(2)加大回、饋線的導(dǎo)線截面，并查找導(dǎo)線銜接處接觸是否良好，降低銜接電阻。

(3)錯開機車入庫時與機車共同整備時間，減小庫內(nèi)高負(fù)荷時產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致電分段的壓差。

(4)停車牌位置與四跨電分段錯開，防止機車在四跨電分段處停車，在困難地段可考慮改用電分段器代替四跨電分段。

5 單向?qū)ㄅ渲玫慕^緣軌縫拉弧原因及危害分析

在停車場出入口處鋼軌設(shè)置了絕緣軌縫及單項導(dǎo)通裝置，當(dāng)機車運行通過此處時在該絕緣軌縫處常產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，使得軌頭燒蝕，而在入庫處的單導(dǎo)及絕緣軌縫就不會產(chǎn)生此現(xiàn)象。經(jīng)分析有以下原因所致，其一，當(dāng)正線軌電位高于庫區(qū)電位，由于單導(dǎo)及絕緣軌縫的作用，使得正線電流不能進(jìn)入停車場，而當(dāng)車輛通過此處時由多個車輪、車輛將軌縫短接，正線供電電流越過絕緣，導(dǎo)致反向大電流突變，在電感電流的作用下產(chǎn)生高壓形成拉弧現(xiàn)象，當(dāng)機車受電弓越過電分段，停車場側(cè)的軌電位高于正線，單導(dǎo)開通，火花不再產(chǎn)生。其二，當(dāng)停車場接觸網(wǎng)壓高于正線時，機車通過電分段產(chǎn)生停車場向正線瞬間越區(qū)供電，這時對應(yīng)下部單向?qū)ㄑb置則形成反向電流阻斷狀態(tài)，在輪軌短接絕緣軌縫時，產(chǎn)生反向通路，形成拉弧。如圖7所示。

圖7 機車通過單導(dǎo)進(jìn)入四跨電分段軌電位示意

6 解決方法

(1)正線軌道電位高于停車場是由于停車場鋼軌為露天碎石道砟，對地絕緣電阻較低，在該處采用帶消弧裝置的單向?qū)ɑ蚴芸囟探邮絾蜗驅(qū)ㄑb置即可消除此現(xiàn)象。

(2)出入段處的絕緣軌縫位置應(yīng)設(shè)置在四跨電分段轉(zhuǎn)換柱的正線端以外，防止單向?qū)ㄌ幱诜聪蚧亓鳡顟B(tài)。

7 結(jié)語

由于機車整備晝出夜歸的現(xiàn)象，車輛段牽引所的負(fù)荷變化巨大，其網(wǎng)壓受整流機組阻抗及饋線阻抗壓降的影響，會發(fā)生相應(yīng)的波動，且其變化與正線牽引所饋線空載電壓產(chǎn)生相反的偏移，從而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的產(chǎn)生。為此，在設(shè)計、施工中應(yīng)降低牽引回路的阻抗，在冬夏季節(jié)庫內(nèi)機車整備時，應(yīng)合理調(diào)整車輛整備時間及車輛空調(diào)工作時間，降低集中負(fù)荷，使網(wǎng)壓平穩(wěn)。另外在車輛段、停車場出入段口處，機車出入庫通過電分段的運行速度不足40 km/h，可考慮采用機械電分段器取代四跨電分段，可降低電分段處的越區(qū)負(fù)荷時間，減少接觸網(wǎng)及絕緣軌縫的拉弧現(xiàn)象。

出入段口處應(yīng)采用帶消弧裝置的單向?qū)ɑ蚴芸囟探邮絾蜗驅(qū)ㄑb置，使絕緣軌縫兩側(cè)電位相等，避免因反向回流產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。

[1] 楊建國.客運專線電氣化區(qū)段電力供電方式的探討[J].電氣化鐵道，2005(3)：20-21.

[2] 劉達(dá)民.分段絕緣器和分相絕緣器的性能分析[J].電氣化鐵道,2005(4):24-27.

[3] 張學(xué)子.電氣化鐵道站用牽引變壓器的過載能力問題[J].變壓器，1992(1).

[4] 易運軍.牽引變壓器的容量及其過負(fù)載能力[J].電氣化鐵道,1997(4)：4-10.

[5] 黃元才，吳良治.交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京:中國鐵道出版社,1988.

[6] 徐安.城市軌道交通電力牽引[M].北京：中國鐵道出版社，2000(3):33-45.

[7] 魯志偉.任意形狀接地網(wǎng)接地電阻的計算[J].中國電力，1994(3):19-20.

[8] 王先沖.電磁場理論及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1991:346-350.