接觸軌系統(tǒng)整體絕緣支架與絕緣鋼支架

閆 沖

0 引言

接觸軌系統(tǒng)，又稱第三軌系統(tǒng)，或簡(jiǎn)稱三軌系統(tǒng)，是地鐵牽引供電系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，直接關(guān)乎地鐵供電系統(tǒng)甚至整個(gè)地鐵系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)接觸軌系統(tǒng)供電電壓等級(jí)有直流750 V和直流1500 V 2種，支撐系統(tǒng)均采用玻璃鋼材質(zhì)的整體絕緣支架。經(jīng)過(guò)近幾年的運(yùn)行，該系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，但在部分線路中玻璃鋼材質(zhì)的整體絕緣支架有偏斜的現(xiàn)象，成為運(yùn)營(yíng)安全隱患。

經(jīng)調(diào)研，目前在國(guó)際上通用的接觸軌下接觸安裝方式的安裝支架有2種，一種為現(xiàn)在國(guó)內(nèi)普遍采用的玻璃鋼材質(zhì)的整體絕緣支架，另一種為碳鋼加絕緣子的絕緣鋼支架。絕緣鋼支架主體材料為碳鋼Q235，整體機(jī)械性能相比于整體絕緣支架更加優(yōu)良。本文將從產(chǎn)品材料、成型工藝、機(jī)械性能、絕緣性能、安裝方式及應(yīng)用情況等幾方面對(duì)這2種接觸軌安裝支架進(jìn)行對(duì)比分析。

1 整體絕緣支架與絕緣鋼支架的性能

1.1 產(chǎn)品材料

整體絕緣支架材料采用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯模塑料，該材質(zhì)在制造過(guò)程中選用標(biāo)準(zhǔn)二元酸和標(biāo)準(zhǔn)二元醇為主要原料合成的不飽和聚酯樹(shù)脂，再與不含鹵素的WWX嵌段樹(shù)脂混合，添加ATH，具有較高的反應(yīng)活性，難燃、自熄。在高溫和燃燒情況下，不會(huì)產(chǎn)生有毒煙霧氣體。而且在原料配方中加入了紫外線吸收劑，產(chǎn)品表面采用特殊表面材料鋪層，延長(zhǎng)了產(chǎn)品在各種環(huán)境下的使用壽命。

絕緣鋼支架本體材質(zhì)采用碳鋼Q235方鋼管焊接而成，支撐接觸軌部位的絕緣子材料采用片狀模塑料（SMC）制成。該材料主要原料由專用紗（GF），不飽和樹(shù)脂（UP），低收縮添加劑，填料（MD）及各種助劑組成。該材料具有優(yōu)異的電絕緣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)防腐性。

絕緣鋼支架主體材料為碳鋼 Q235，絕緣子材質(zhì)為聚酯物。該材質(zhì)為絕緣塑料的一種，具有良好的絕緣性能、機(jī)械性能及耐腐蝕性能。

1.2 產(chǎn)品成型工藝

整體絕緣支架采用模壓工藝制造。由于整體絕緣支架直接同高壓帶電體接觸，要求有更高的絕緣性能，同時(shí)它既要和接觸軌限界相適應(yīng)，又要同防護(hù)罩限界相適應(yīng)，要求具有較高的尺寸精度和穩(wěn)定性。因此，采用模壓工藝制造，在高壓高溫條件下，材料在模具內(nèi)固化成型，可保證零件表面電阻和體積電阻分布均勻，且具有較高的尺寸精度和穩(wěn)定性，表面自潔性好。

絕緣鋼支架本體采用Q235方鋼管焊接而成，焊縫需均勻連續(xù)封閉，為了保證本體優(yōu)良的機(jī)械性能，其焊縫高度不得小于5 mm。焊后本體表面進(jìn)行3級(jí)鍍鋅處理，使其具備良好的防腐性能。絕緣子采用一次模壓成型，成型后機(jī)械處理，安裝嵌件。機(jī)械處理過(guò)程中要保持絕緣子的表面質(zhì)量，防止劃傷表面，影響絕緣子的絕緣性能。

1.3 機(jī)械性能

權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)接觸軌整體絕緣支架與絕緣鋼支架的機(jī)械性能進(jìn)行檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)項(xiàng)目為接觸軌支架受力較大的3個(gè)工作方向：垂直工作荷重、順線路水平工作荷重、順線路垂直工作荷重。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 2種支架機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果表 單位：kN

從表1數(shù)據(jù)可看出，絕緣鋼支架的機(jī)械性能要優(yōu)于整體絕緣支架，特別是順線路水平工作荷重。該性能的提高，可有效避免接觸軌中心錨結(jié)處支架的偏斜斷裂。

1.4 絕緣性能

權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)接觸軌整體絕緣支架與絕緣鋼支架的絕緣性能檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：工頻濕耐受電壓、人工污耐受電壓、全波雷電沖擊閃絡(luò)電壓。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 2種支架絕緣性能檢測(cè)結(jié)果表 單位：kV

從表2數(shù)據(jù)可看出，整體絕緣支架的絕緣性能要明顯高于絕緣鋼支架。

1.5 安裝方式

整體絕緣支架安裝于支架底座上，接觸軌安裝在整體絕緣支架上，其限界調(diào)整利用整體絕緣支架上的螺栓及支架本體共同完成。接觸軌高度限界的調(diào)整通過(guò)調(diào)節(jié)整體絕緣支架背后的2個(gè)M12的螺栓予以實(shí)現(xiàn)，水平限界的調(diào)整可通過(guò)整體絕緣支架上的長(zhǎng)孔或支架底座上的長(zhǎng)孔進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍大，易于設(shè)備安裝及限界調(diào)整。整體絕緣支架上總共有3套螺栓，安裝方便，且后期維護(hù)工作量較小。

絕緣鋼支架直接安裝在軌道道床上，接觸軌安裝于絕緣鋼支架絕緣子上，其限界調(diào)整只能通過(guò)絕緣鋼支架本身進(jìn)行。因此，接觸軌的限界調(diào)整范圍較小，再加上絕緣鋼支架本體采用碳鋼材質(zhì)生產(chǎn)，其重量較大，在安裝調(diào)整過(guò)程中難度較大。絕緣鋼支架整體有6套螺栓，2套六角頭螺栓，4套內(nèi)六角螺栓，安裝方面比整體絕緣支架難度大，且后期維護(hù)工作程序復(fù)雜，工作量較大。

1.6 應(yīng)用情況

接觸軌下接觸式整體絕緣支架在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市的地鐵線路中使用，如：廣州地鐵四號(hào)線、五號(hào)線，北京機(jī)場(chǎng)快線、深圳地鐵三號(hào)線、武漢地鐵等。從多年的應(yīng)用情況看，該設(shè)備運(yùn)行較穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何大的安全事故，但在多條線路中，接觸軌中心錨結(jié)處整體絕緣支架都出現(xiàn)過(guò)偏斜的現(xiàn)象。

絕緣鋼支架在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有正式運(yùn)營(yíng)的線路，但在國(guó)際上，已有多條線使用該種安裝方式，如：迪拜地鐵紅線和蘭線，新加坡城市中心線，英國(guó)、意大利等地鐵線路，運(yùn)行數(shù)十年來(lái)，至今從未發(fā)生過(guò)任何支架損壞的情況。

2011年12月，深圳地鐵三號(hào)線試裝10套接觸軌絕緣鋼支架，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行跟蹤觀察，設(shè)備運(yùn)行良好，未出現(xiàn)任何故障。

2 絕緣鋼支架試運(yùn)行情況

10套接觸軌絕緣鋼支架于2011年12月11日安裝于深圳地鐵三號(hào)線試車線。試車線每周行車2～3天，行車速度40～50 km/h，每次行車后，供電人員對(duì)絕緣鋼支架的外觀、限界等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，每月對(duì)絕緣鋼支架的在線運(yùn)行狀況、電氣絕緣性能、機(jī)械性能、系統(tǒng)配合情況、絕緣子污染情況等進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。經(jīng)過(guò)6個(gè)月的跟蹤觀測(cè)，該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，與接觸軌的配合良好。

2012年6月13日，將3個(gè)已經(jīng)運(yùn)行6個(gè)月的絕緣鋼支架的絕緣子更換后送往權(quán)威的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行絕緣性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，其絕緣性能無(wú)明顯變化，說(shuō)明該產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定。

2012年6月20日，深圳地鐵三號(hào)線在正線的接觸軌中心錨結(jié)處安裝了1套接觸軌絕緣鋼支架，安裝至今，設(shè)備運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定。

3 分析

經(jīng)過(guò)以上的對(duì)比可得出，接觸軌整體絕緣支架材料性能穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用，其絕緣性能的變化程度低，但其機(jī)械性能的穩(wěn)定性較差。

絕緣鋼支架的主體結(jié)構(gòu)為碳鋼材料，材料本身性能比較穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，其機(jī)械性能不會(huì)出現(xiàn)大的變化，但其絕緣子的絕緣性能還有待在線路運(yùn)行中進(jìn)一步檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

接觸軌整體絕緣支架與絕緣鋼支架作為接觸軌的2種支撐設(shè)備，以現(xiàn)階段的使用情況來(lái)看，各有優(yōu)缺點(diǎn)。整體絕緣支架在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)多條線路多年的使用，其不足之處并未對(duì)運(yùn)營(yíng)造成較大的影響?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)絕緣鋼支架還沒(méi)有正式的運(yùn)行線路，只在深圳地鐵三號(hào)線安裝試運(yùn)行，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，其性能是否會(huì)保持穩(wěn)定，還待長(zhǎng)期的運(yùn)行才能最終驗(yàn)證。如果該支撐方式在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，其絕緣性能未出現(xiàn)較大的衰減現(xiàn)象，該裝置將會(huì)成為接觸軌系統(tǒng)中另外一種很好的安裝方式，可能會(huì)徹底解決整體絕緣支架偏斜的問(wèn)題。

[1]王兆慧，董鵬，王海龍.接觸軌玻璃鋼整體絕緣支架的研制[J].纖維復(fù)合材料，2006，6（2）.

[2]李大偉.接觸軌施工質(zhì)量控制[J].城市建設(shè)理論研究，2012，（4）.

[3]黃德君，李軍.城市地鐵接觸軌安裝施工的難點(diǎn)及控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008，（7）.

[4]安慶生，楊松.接觸軌玻璃鋼防護(hù)罩研制[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2005，（1）.

[5]劉衛(wèi)強(qiáng)，李相泉.鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)概述[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，（10）.

[6]李文.接觸軌供電對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的影響[J].城市軌道交通研究，2010，（11）.