接觸軌斷口設(shè)計分析

趙 雪 呂晶晶 王明飛

（1.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，610031，成都；2.成都工業(yè)學(xué)院，611730，成都∥第一作者，工程師）

1 概述

接觸軌受電作為城市軌道交通主要的牽引供電制式之一，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外城市軌道交通供電系統(tǒng)。接觸軌的布置應(yīng)滿足“盡量少斷軌，保證連續(xù)性”的要求，但在一些特殊區(qū)段，不可避免地需要設(shè)置斷軌（斷口）。通常，根據(jù)技術(shù)功能上的需求，在電分段處、道岔處、人防門／防淹門處，不同供電制式間過渡段（如接觸網(wǎng)和接觸軌之間的過渡）設(shè)置接觸軌斷軌；根據(jù)安全防護上的需求，在平交道口處、車站檢修扶梯處、區(qū)間疏散平臺扶梯處設(shè)置接觸軌斷軌。接觸軌斷口的存在，對車輛的連續(xù)可靠受流會產(chǎn)生一定影響，如何設(shè)置接觸軌斷口，是接觸軌設(shè)計的重要問題。

接觸軌允許的最大斷口長度與車輛編組和集電靴配置緊密相關(guān)。以GB 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的B1型車為例，通常6輛編組形式為“＝Tc·M·M＝M·M·Tc＝”，其中拖車長度Lt＝19.5m，動車長度Ld＝19m，車輛間間隙0.52m，整列車全長L＝117.6m。車輛固定軸距2.3m，定距12.6m。

目前地鐵車輛牽引控制系統(tǒng)采用VVVF（變壓－變頻）交流傳動技術(shù)，車輛的所有編組通過母線貫通，同時在直流母線上設(shè)置BHB（母線高速斷路器）。當(dāng)車輛運行速度高于5km／h時，BHB處于合閘狀態(tài)；當(dāng)車輛運行速度低于5km／h時，BHB自動斷開。

以B1型車為例，如每輛動車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架處共設(shè)4個集電靴，整列列車共設(shè)有16個集電靴，相鄰集電靴間距最長為12.6m，最短為6.92m。對于單斷口的接觸軌系統(tǒng)（假設(shè)斷口兩端接觸軌連續(xù)），若車輛的取流要求為至少2集電靴受電，則接觸軌斷口的最大允許長度應(yīng)為58.56m，如圖1所示。

圖1 車輛集電靴設(shè)置與接觸軌斷口示意圖

2 道岔區(qū)斷口

2.1 道岔斷軌布置

為保證列車安全通過道岔區(qū)段，接觸軌需要設(shè)置機械分段。斷軌布置的原則為：正線（直股）接觸軌不能侵入岔線的設(shè)備限界，岔線（側(cè)股）接觸軌不能侵入正線的設(shè)備限界。斷軌的具體布置方案主要由道岔區(qū)限界加寬要求、線間距大小、道岔型號、道岔轉(zhuǎn)轍機位置等確定，因此，斷軌布置需要和限界、線路、軌道、信號等專業(yè)進行接口配合。

直股側(cè)理論岔心至順向過岔方向10～20m范圍內(nèi)（不同線路根據(jù)車輛和限界要求有差異）為車輛限界加寬地段，此處一般不設(shè)置接觸軌。由于接觸軌端部彎頭無法預(yù)彎，因此對于線間距大于3.6m的單開道岔，逆向過岔方向一般在導(dǎo)曲線終點后方可設(shè)置短接觸軌。單開道岔處接觸軌布置見圖2。交叉渡線由于交叉?zhèn)裙砷g限界有限，原則上無法在側(cè)股設(shè)置接觸軌。

圖2 單開道岔接觸軌布置示意圖

2.2 問題分析

接觸軌系統(tǒng)的斷軌設(shè)計首先要保證車輛集電靴的有效受流，原則上不能出現(xiàn)受流盲區(qū)。道岔區(qū)的斷軌設(shè)計由于工況復(fù)雜、控制點較多，往往會出現(xiàn)以下問題：

（1）單斷口長度過長，無法滿足車輛連續(xù)受流。一般而言，接觸軌系統(tǒng)最長的斷口位于交叉渡線和線間距小于3.6m的單開道岔處。由于側(cè)股處無法設(shè)置接觸軌，因此道岔側(cè)股的通過路徑會出現(xiàn)大斷口，以線間距5m的9號道岔為例，側(cè)股通過路徑的斷軌區(qū)至少為62.4m。

（2）斷口數(shù)量眾多、密集，無法滿足車輛連續(xù)受流。在車場以及部分有折返功能的車站咽喉區(qū)，由于道岔數(shù)量多、道岔間距離較短，造成接觸軌連續(xù)斷軌，特別是最長單斷口位于連續(xù)斷軌區(qū)時，容易出現(xiàn)受流盲區(qū)。

2.3 建議措施

（1）對車輛招標(biāo)提出澄清要求。車輛需采用母線貫通的方式，建議BHB設(shè)置為手動斷開模式，同時集電靴數(shù)量的設(shè)置需保證最長斷軌處的有效受流，解決單斷口長度過長的問題。

（2）對于交叉渡線和線間距小于3.6m的單開道岔，與相鄰道岔的配列形式不可為對向配列，如無法避免，需保證理論岔心間距大于45m（間距長度需結(jié)合道岔型號和道岔區(qū)限界加寬要求確定）。

（3）在不影響功能的前提下，在咽喉區(qū)的困難區(qū)域處加大連續(xù)道岔的間距，增大短接觸軌的長度。

（4）研制可預(yù)彎的端部彎頭，考慮困難情況下在道岔側(cè)股的導(dǎo)曲線設(shè)置短接觸軌，保證車輛連續(xù)受流。

（5）機車上設(shè)置動力畜電池，確保在機車失電時可轉(zhuǎn)為動力畜電池短時牽引供電。同時，車輛相關(guān)用電設(shè)備的選用，應(yīng)考慮其瞬時失電后壽命折損，需滿足使用要求。

3 電分段斷口

根據(jù)牽引供電系統(tǒng)運行方式，為便于檢修、縮小事故范圍和實現(xiàn)保護配合，正線接觸軌在牽引變電所所在車站設(shè)有電分段。接觸軌電分段以設(shè)置斷軌的方式實現(xiàn)，主要有大斷口斷軌式電分段、小斷口斷軌式電分段、短軌式電分段等三種方案。

傳統(tǒng)的電分段方式一般采用大斷口斷軌式電分段，如國內(nèi)早期建設(shè)的北京、天津地鐵，其斷口長度通常大于列車相鄰集電靴的最長間距（一般B型車取14m）。對于早期多采用動車之間電氣斷開的列車，其主要作用為：在正常運行時起到電分段作用；在某一供電臂出現(xiàn)接地故障時，防止動車前后集電靴將接地供電臂和帶電供電臂導(dǎo)通而擴大事故范圍。目前地鐵車輛多采用母線貫通方式，大斷口電分段方式一般僅用在車輛運行速度較低的車場內(nèi)。

小斷口式電分段一般用于正線電分段，其主要意義是確保接觸軌的連續(xù)授電。通常，正線高速彎頭長度為5.2m，能夠保證集電靴完好接觸的平直段長度為0.9m，為保證通過電分段時同一動車前后集電靴至少有1個與接觸軌完好接觸，則斷軌長度L≤12.6m－2×（5.2m－0.9m），即L≤4m?？紤]到接觸軌伸縮量和冗余系數(shù)，小斷口長度一般取為3m。

短軌式電分段主要是為了解決電分段斷口處車輛連續(xù)取流和故障連電的問題。其原理是：在大斷口中設(shè)置一段短接觸軌，短接觸軌通過接觸器由變電所一路饋線供電，接觸器的分合與兩路饋線斷路器閉鎖，既保證了正常供電時車輛的連續(xù)取流，又可在某一供電分區(qū)故障時通過接觸器跳閘將短軌供電切除，使得列車誤闖電分段時不會出現(xiàn)“故障連電”。該分段方式的主要缺點是：增加了投資，變電所的聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜，斷口數(shù)量增加降低了接觸軌的連續(xù)性。

4 其它類斷口

4.1 不同牽引供電制式間過渡分段

對于同一線路的不同區(qū)段采用不同牽引供電制式的線路，或者兩條采用不同牽引供電制式的線路，如果要實現(xiàn)線路的聯(lián)絡(luò)共享，都會存在過渡分段的問題，如架空接觸網(wǎng)和接觸軌系統(tǒng)的過渡。廣州地鐵4號線正線采用接觸軌系統(tǒng)，車輛段采用架空柔性接觸網(wǎng)，在出入段線上設(shè)置了弓靴轉(zhuǎn)換的過渡段。過渡段的長度、分段方式需要結(jié)合車輛通過方式（停車或不停車、斷電或不斷電）和通過速度、升降弓（靴）模式、線路、軌道、信號，以及車輛相應(yīng)的感應(yīng)控制技術(shù)等綜合研究確定。隨著城市軌道交通線網(wǎng)的密集化、共享化以及供電制式的多元化，關(guān)于此問題的研究將會進一步開展。

4.2 人防門／防淹門、平交道口處斷軌

人防門／防淹門、平交道口處接觸軌需設(shè)置斷軌。斷軌的長度根據(jù)人防門／防淹門的尺寸和開啟方式、平交道口的寬度以及安全距離確定。

IEC 62128—1—2003《Railway applications－Fixed installations－Part 1：Protective provisions relating to electrical safety and earthing》中對平交道口處的安全防護距離有明確的規(guī)定，要求接觸軌在距離平交道口2m處設(shè)置終端以及相應(yīng)的防護措施（見圖3）。因此，平交道口處接觸軌斷軌長度L應(yīng)滿足：

式中：

b——平交道口寬度，m。

雖然人防門／防淹門處無平交走行的功能，但考慮到人防門／防淹門的日常維護檢修，建議此處安全距離按照不小于2m考慮。

4.3 車站檢修扶梯、區(qū)間疏散平臺扶梯處斷軌

圖3 平交道口處接觸軌斷軌示意圖

對于布置在車站站臺側(cè)以及和區(qū)間疏散平臺布置在同側(cè)的接觸軌系統(tǒng)，為保證走行、疏散通道的人身安全，需要設(shè)置斷軌。如果斷口長度允許，接觸軌端部彎頭端部不宜進入扶梯的范圍內(nèi)（順線路方向）。

此類斷軌主要是由于接觸軌布置在站臺側(cè)和疏散平臺同側(cè)所致?？紤]到斷軌本身會對接觸軌連續(xù)性造成影響，因此在設(shè)計時應(yīng)綜合各種因素對接觸軌布置（即布置在行車方向的左側(cè)或右側(cè)）進行考慮，在滿足安全防護的前提下盡量減少此類斷軌。

5 結(jié)語

接觸軌系統(tǒng)斷口設(shè)計涉及供電、車輛、限界、軌道、信號、建筑、區(qū)間結(jié)構(gòu)、人防等專業(yè)，設(shè)計時需充分考慮各種接口條件和工況，以滿足系統(tǒng)可靠性和防護安全性為原則，合理布置接觸軌斷軌區(qū)。隨著城市軌道交通的發(fā)展，接觸軌斷口設(shè)計會出現(xiàn)新的問題和要求，而新技術(shù)、新工藝的涌現(xiàn)也會帶來新的思路，對于接觸軌系統(tǒng)相關(guān)問題的研究有待進一步的深化和完善。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］于松偉，楊興山，韓連詳，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與運用［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

［3］毛建華，李金華.架空接觸網(wǎng)與三軌不停車切換過渡的技術(shù)探討［J］.電氣化鐵道，2004（6）：44.