城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)探索

摘要：我國是人口大國，大中型城市的人口密集，隨之城市軌道交通的承載壓力很大。軌道交通的牽引供電是由變電所直接向電動(dòng)機(jī)車組供應(yīng)的，直接傳輸供電而沒有備用供電設(shè)施，其重要性顯而易見。本文將從剛性懸掛接觸網(wǎng)的性能、特點(diǎn)、防護(hù)進(jìn)行深入探討和研究。

關(guān)鍵詞：剛性;柔性;接觸網(wǎng)

1引言

軌道交通的投資和建設(shè)在經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性和可靠性的選擇上成接觸網(wǎng)組建的重要先決條件。軌道交通模式、接觸網(wǎng)技術(shù)和牽引供電電壓制式緊密相關(guān)，直流制式供電多被用于城市軌道交通。城市軌道交通在全世界各國都被廣泛應(yīng)用，一般電壓都在DC 600～1500 V之間。我國GB 50157—2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中 規(guī)定我國軌道交通直流電牽引的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)為DC750和DC1500V。剛性接觸網(wǎng)，又稱剛性架空懸掛接觸網(wǎng)，是不同于接觸軌的另一軌道交通手段。按架空接觸網(wǎng)懸掛類型分為剛性懸掛和柔性懸掛。下面就談?wù)勱P(guān)于剛性接觸網(wǎng)的探索和研究。

2剛性接觸網(wǎng)

電力牽引機(jī)車在通過車頂?shù)氖茈姽c接觸網(wǎng)的連接向機(jī)車輸送電能。剛性接觸網(wǎng)是越來越被世界各國所重視，在其技術(shù)、性能、電能載流量、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性上都有很大的優(yōu)勢(shì)。與前期應(yīng)用的柔性架空接觸網(wǎng)相比有四大優(yōu)勢(shì)：一是，我國所應(yīng)用的剛性接觸網(wǎng)為自主研發(fā)，具有很高的國產(chǎn)化程度，除需進(jìn)口隔離開關(guān)和分段絕緣器兩個(gè)元件外，其他元件、材料都是國產(chǎn)的，經(jīng)濟(jì)成本大大降低;二是剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，優(yōu)化了接觸線張力，不用考慮斷線的問題，安全性和穩(wěn)定性較高;三是剛性接觸網(wǎng)的載流面大，可為機(jī)車提供穩(wěn)定的電力來源穩(wěn)定;四是可減少隧道凈空，剛性接觸網(wǎng)的安裝在隧道頂部，不需要更多空間，使隧道凈空降低，大大減少投資成本。在隧道中的軌道交通適宜應(yīng)用剛性懸掛接觸網(wǎng)，他具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且我國自主研發(fā)的剛性架空懸掛接觸網(wǎng)填補(bǔ)了國內(nèi)該項(xiàng)領(lǐng)域的空白，基本達(dá)到了世界先進(jìn)水平。隧道內(nèi)的剛性架空懸掛基本組成和技術(shù)參數(shù)如下：

懸掛組成：1×匯流排+1×CTA120+1×TJ120

支持部件：垂直懸掛吊架或水平腕臂結(jié)構(gòu)

懸掛跨距：一般為6～8m

接觸線懸掛高度：4040mm，最低4000mm

錨段長(zhǎng)度：一般為250～300mm

補(bǔ)償形式：接觸線無張力架設(shè)，無需補(bǔ)償裝置

其典型斷面如圖1

圖1" 隧道內(nèi)剛性架空懸掛

3我國城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

圖2 受電弓磨損情況圖

我國第一條軌道交通的剛性接觸網(wǎng)試驗(yàn)示范段是1999年6月在廣州建成的地鐵1號(hào)線中約135米的“π”型接觸網(wǎng)。2003年6月，我國首次全線采用架空剛性懸掛技術(shù)的廣州地鐵2號(hào)線正式運(yùn)營(yíng)。隨著我國城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，城市軌道交通接觸網(wǎng)懸掛方式的選擇絕大多數(shù)傾向于剛性接觸網(wǎng)方式，但從目前剛性懸掛接觸網(wǎng)軌道交通的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)看，仍然存在一定的問題：一是對(duì)受電弓的碳滑條磨耗不均勻;二是接觸線局部異常磨損。雖然在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用了正弦波方案來解決這兩個(gè)問題，但只是小有改善卻無法根除。受電弓磨損情況如圖2所示。

4剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理

4.1剛性接觸懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無張力，不需要重力補(bǔ)償裝置，不用顧及受流時(shí)的接觸線振動(dòng)、導(dǎo)線抬升和采用柔性懸掛時(shí)的空間占用問題。隧道的凈空高度可降低50～100mm，不存在通過長(zhǎng)大空間實(shí)施難度大的問題。但采用柔性懸掛結(jié)構(gòu)則不同，柔性懸掛的接觸線、承力索采用張力架設(shè)，錨段長(zhǎng)度1500mm左右。如果柔性懸掛需要在區(qū)間內(nèi)采用重力式補(bǔ)償裝置瞎貓，那么要在馬蹄形和圓形隧道內(nèi)預(yù)留下毛裝置的安裝空間，如此一來，對(duì)隧道的土建工程影響非常大，施工困難。

4.2采用錨段關(guān)節(jié)來過渡折返線、渡線、交叉渡線等位置時(shí)，不需要添加任何補(bǔ)償裝置，因剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身是無張力的，大大節(jié)省了隧道空間，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而柔性懸掛接觸網(wǎng)的布置較復(fù)雜，一般用重力補(bǔ)償裝置和無補(bǔ)償裝置在錨段兩端。尤其在采用重力式補(bǔ)償裝置時(shí)，占用空間較大，與其他管線、線路干擾很多。

4.3產(chǎn)生的電火花較少。在分段絕緣器上安裝密閉開關(guān)可以有效減少電火花。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，即使機(jī)車運(yùn)營(yíng)時(shí)速度達(dá)到110/h也沒有電火花的產(chǎn)生。

5剛性接觸網(wǎng)的可靠性

剛性接觸網(wǎng)的無補(bǔ)償張力，且無匯流排斷裂和接觸線斷開的情況，因此避免了類似柔性懸掛的燒融、不均勻磨損、鉆弓、接觸線缺陷、高溫軟化等斷線事故。剛性懸掛中所出的都是點(diǎn)故障，影響范圍小，處理簡(jiǎn)單。柔性懸掛出現(xiàn)故障的處理。柔性懸掛存在張力，有斷線可能，一旦發(fā)生故障，短時(shí)間難以迅速恢復(fù)，尤其是在拆卸一個(gè)錨段的接觸網(wǎng)時(shí)施工難度較大。在維修障錨段的時(shí)候需要對(duì)兩端都進(jìn)行拆卸，每個(gè)懸掛點(diǎn)都需要拆卸過程，拆卸不徹底會(huì)造成連鎖故障，擴(kuò)大故障范圍;剛性懸掛故障時(shí)與隧道內(nèi)其他線路基本不互相干擾，尤其是更換接觸線時(shí)，由于剛性接觸網(wǎng)的點(diǎn)故障特性，可以對(duì)接觸線一段一段的進(jìn)行更換，無張力支撐，大大縮短維修工期;剛性懸掛接觸網(wǎng)在輕微磨損時(shí)車輛仍可以低速繼續(xù)運(yùn)行;剛性懸掛接觸網(wǎng)可加裝防雨罩對(duì)接觸線進(jìn)行防雨防水保護(hù)，避免接觸線腐蝕，導(dǎo)致斷線斷網(wǎng)的事故發(fā)生;剛性懸掛接觸網(wǎng)的跨距小，移動(dòng)量小，變形量小，帶點(diǎn)部件發(fā)生對(duì)地短路故障的概率小。

6剛性懸掛接觸網(wǎng)的維護(hù)

剛性接觸網(wǎng)比柔性接觸網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)在于沒有軸向張力，不存在斷線的可能，這樣的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)的工作量要小的多。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)便、節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，被稱之為免維護(hù)接觸網(wǎng)，大大降低減少建設(shè)成本和未來維護(hù)的工作量。在維護(hù)剛性接觸懸掛時(shí)，以“預(yù)防為主，修養(yǎng)并重”的原則，其中心工作是確保接觸網(wǎng)運(yùn)行安全，幾乎很少維修量。剛性接觸網(wǎng)維護(hù)的主要工作為：懸掛緊固，優(yōu)化調(diào)整正弦波拉出值和周期;打磨碳滑板，保持光滑外表面，避免出現(xiàn)深槽;采用氣囊式電弓增加弓網(wǎng)間彈性。緊固車頂設(shè)備、隧道附屬設(shè)備和過頂纜線，規(guī)范人員操作，杜絕違章操作，從技術(shù)和管理上制定規(guī)范的、有針對(duì)性的改善措施，保證機(jī)車正常運(yùn)行。防止外部雜物進(jìn)入，避免漂浮物、雜物對(duì)接觸網(wǎng)的纏繞、連接短路，尤其是受電弓被纏繞使故障進(jìn)一步惡化。

7結(jié)束語

綜上所述，剛性接觸網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)非常明顯和突出，通過廣州、上海、南京等城市的剛性接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，可以充分說明剛性懸掛接觸網(wǎng)是一種行之有效的牽引供電方式，值得廣泛推廣。但仍然存在一定的問題，這需要我們?cè)诓粩嗫偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)解決存在的隱患，為城市的軌道交通發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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