側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)在電力機(jī)車整備及檢修作業(yè)中的應(yīng)用研究

丁 莉

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處，天津 300142)

1 概述

2004年我國首條客運(yùn)專線——秦沈客運(yùn)專線開通運(yùn)行，作為首條客運(yùn)專線動(dòng)車組運(yùn)用檢修設(shè)施——皇姑屯動(dòng)車運(yùn)用所承擔(dān)了“中華之星”、“先鋒”號動(dòng)車組的運(yùn)用檢修作業(yè)。2001年鐵三院機(jī)環(huán)處機(jī)輛所在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始研究側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)，2002年完成了部級科研報(bào)告，經(jīng)歷了調(diào)研、設(shè)計(jì)、試制、應(yīng)用等研發(fā)過程，與北京鐵道所聯(lián)合于2006年6月設(shè)計(jì)、研制出側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備，成功的應(yīng)用于皇姑屯動(dòng)車運(yùn)用所臨修庫至今，首次實(shí)現(xiàn)了對動(dòng)車組整列鏇修、更換轉(zhuǎn)向架而無需解體的動(dòng)態(tài)臨修作業(yè)。從運(yùn)用實(shí)際看，動(dòng)車組的鏇輪工作頻繁、量大，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備對于動(dòng)車組連續(xù)安全高效的不落輪鏇修作業(yè)具有很好的輔助作用，大大提高了動(dòng)車組的運(yùn)用效率。

側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備是專用于動(dòng)車運(yùn)用所臨修庫臨修作業(yè)的配套設(shè)備，具有自動(dòng)控制、狀態(tài)顯示、過載保護(hù)、安全聯(lián)鎖功能，可通過PLC控制側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)的擺動(dòng)，并與隔離開關(guān)、庫大門、起重機(jī)、信號燈進(jìn)行聯(lián)鎖，動(dòng)車組由司機(jī)自行牽引進(jìn)入臨修位進(jìn)行臨修作業(yè)。該系統(tǒng)設(shè)備中的鐵道側(cè)移式剛性活動(dòng)接觸電網(wǎng)2009年3月獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新型專利證書。

2 側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)與設(shè)備研究

根據(jù)檢修工藝、工藝布局要求，研究側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)與設(shè)備首次在皇姑屯動(dòng)車運(yùn)用所臨修作業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。

(1)檢修工藝要求

臨修庫的檢修工藝內(nèi)容是整列動(dòng)車組進(jìn)庫進(jìn)行不落輪鏇修和轉(zhuǎn)向架更換。進(jìn)行臨修作業(yè)時(shí)要求隔斷電網(wǎng)，在非臨修作業(yè)時(shí)要求動(dòng)車組自行受電進(jìn)出庫。

(2)臨修庫布局要求

臨修庫軸線48 m×12 m，庫內(nèi)設(shè)計(jì)股道1條，股道中心線距庫軸線4.5 m，股道上依次設(shè)有鏇輪與更換轉(zhuǎn)向架工位;庫內(nèi)設(shè)進(jìn)出庫大門各1扇，20/5 t起重機(jī)1臺(tái)，走行軌頂設(shè)計(jì)高程9 m，紅外輻射采暖1套，設(shè)計(jì)標(biāo)高6.0 m，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)在臨修庫內(nèi)南側(cè)墻，接觸網(wǎng)標(biāo)高5.3 m，滿足整個(gè)動(dòng)車運(yùn)用所接觸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一設(shè)計(jì)值要求。如圖1所示。

圖1 臨修庫側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)布置(單位:mm)

(3)側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備組成

側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備是由剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)、電氣聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、高壓引入系統(tǒng)、安全接地系統(tǒng)等四大部分構(gòu)成。剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)包括固定剛性接觸網(wǎng)、活動(dòng)剛性接觸網(wǎng)，電氣聯(lián)鎖控制系統(tǒng)包括PLC控制器及軟件、控制臺(tái);高壓引入系統(tǒng)包括電連接線、電連接裝置;安全接地系統(tǒng)包括接地線、接地裝置。如圖2所示。

(4)側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)設(shè)置原則

①設(shè)置長度及分段滿足工藝及庫長設(shè)計(jì)要求。

②分段結(jié)構(gòu)滿足整體剛性要求。

③整體運(yùn)行滿足平穩(wěn)性要求。

④盡量縮短不必要的非檢修作業(yè)時(shí)間。

⑤設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作滿足安裝方便、操作簡單、使用安全要求。

(5)側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)工作原理

當(dāng)動(dòng)車組要?jiǎng)榆?，也就是活?dòng)接觸網(wǎng)在工作狀態(tài)，活動(dòng)接觸網(wǎng)依次移動(dòng)到股道中心，與庫兩端的電連接接通，動(dòng)車組通過活動(dòng)接觸網(wǎng)自行受電動(dòng)車;當(dāng)動(dòng)車組不動(dòng)車，也就是活動(dòng)接觸網(wǎng)在非工作狀態(tài)，活動(dòng)接觸網(wǎng)依次移動(dòng)到股道(起重機(jī)限界)外，斷開庫兩端的電網(wǎng)，動(dòng)車組進(jìn)行臨修作業(yè)。

(6)系統(tǒng)及臨修作業(yè)流程(圖3)

①初始位

隔離開關(guān)斷開到位;起重機(jī)在初始位;活動(dòng)接觸網(wǎng)擺到非工作位(即起重機(jī)限界外);按下初始位按鈕，庫外入庫信號機(jī)顯示紅燈，庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”。

②進(jìn)車位

起重機(jī)在初始位并鎖定;不落輪鏇設(shè)備及轉(zhuǎn)向架更換設(shè)備移動(dòng)軌道在行車位;大門打開到位并鎖定;活動(dòng)接觸網(wǎng)擺到工作位(即股道中心);黃色燈警示30 s后，閉合隔離開關(guān)，按下進(jìn)車位按鈕，庫外入庫信號機(jī)白燈亮，庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”，動(dòng)車組可以入庫。

③鏇輪位

動(dòng)車組入庫并定位在不落輪鏇車床工作位;降下受電弓;斷開隔離開關(guān);活動(dòng)接觸網(wǎng)擺到非工作位，按下鏇輪位按鈕，庫外入庫信號機(jī)紅燈亮，庫內(nèi)LED顯示屏顯示“允許作業(yè)”，動(dòng)車組可以進(jìn)行鏇輪作業(yè)。

④轉(zhuǎn)向架位

活動(dòng)接觸網(wǎng)擺到工作位;黃燈警示30 s后，閉合隔離開關(guān);庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”。動(dòng)車組升弓運(yùn)行到更換轉(zhuǎn)向架工作位。動(dòng)車組降下受電弓，斷開隔離開關(guān);活動(dòng)接觸網(wǎng)旋回非工作位;起重機(jī)解鎖。按下轉(zhuǎn)向架位按鈕，庫外信號機(jī)紅燈亮，庫內(nèi)LED顯示屏顯示“允許作業(yè)”。

動(dòng)車組進(jìn)行更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)，作業(yè)完畢或者不進(jìn)行更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)，起重機(jī)回到初始位并鎖定，活動(dòng)接觸網(wǎng)旋到工作位，黃燈警示30 s后，閉合隔離開關(guān)，動(dòng)車組升弓運(yùn)行到下一個(gè)鏇輪位，重復(fù)③和④的作業(yè)，直到整列動(dòng)車組鏇輪和更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)完畢。

⑤出庫位

起重機(jī)回到初始位并鎖定;活動(dòng)接觸網(wǎng)擺到非工作位;黃燈警示30 s后，閉合隔離開關(guān);按下出庫位按鈕，庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”，庫內(nèi)出庫信號機(jī)白燈亮，動(dòng)車組可以升弓出庫。

(7)系統(tǒng)設(shè)備主要功能與特點(diǎn)

①手動(dòng)及自動(dòng)控制功能

手動(dòng):每個(gè)活動(dòng)段可單獨(dú)控制，用于調(diào)試或故障檢修。

自動(dòng):整個(gè)系統(tǒng) PLC自動(dòng)控制，用于正常作業(yè)狀態(tài)。

②聯(lián)鎖控制功能

圖3 側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)動(dòng)作程序

隔離開關(guān)、大門、天車、活動(dòng)接觸網(wǎng)、信號機(jī)、鏇輪設(shè)備、轉(zhuǎn)向架更換設(shè)備具有電氣聯(lián)鎖。

聯(lián)鎖控制1:天車在初始位并鎖定，活動(dòng)接觸網(wǎng)擺出到工作位，操作員鑰匙開關(guān)打開，報(bào)警30 s完畢，隔離開關(guān)才可閉合。

聯(lián)鎖控制2:隔離開關(guān)斷開，活動(dòng)接觸網(wǎng)擺回到非工作位，天車才可移動(dòng)進(jìn)行作業(yè)。

聯(lián)鎖控制3:當(dāng)天車在初始位并鎖定，隔離開關(guān)斷開，活動(dòng)接觸網(wǎng)才可移動(dòng)。

聯(lián)鎖控制4:當(dāng)動(dòng)車組出庫，隔離開關(guān)斷開，活動(dòng)接觸網(wǎng)擺回非工作位，大門才可關(guān)閉。

③狀態(tài)顯示報(bào)警功能

隔離開關(guān)開閉狀態(tài)顯示、活動(dòng)接觸網(wǎng)到位狀態(tài)、動(dòng)車是否允許出入庫信號顯示、活動(dòng)接觸網(wǎng)有無電顯示、起重機(jī)到位并鎖定顯示、庫大門開閉狀態(tài)顯示、是否允許臨修作業(yè)提示、臨修工位顯示、設(shè)備故障報(bào)警提示、工位聲光警示。

(8)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

①高壓部分與各剛體的安全絕緣距離全部大于400～500 mm，大于設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

②室內(nèi)外信號聯(lián)鎖、室內(nèi)起重機(jī)聯(lián)鎖、進(jìn)出庫大門聯(lián)鎖、進(jìn)庫隔離開關(guān)聯(lián)鎖等保護(hù)設(shè)計(jì)，確保作業(yè)人員安全。

③所有設(shè)施工作狀態(tài)顯示及故障報(bào)警功能，確保設(shè)備安全。

④受電連續(xù)安全保障。在活動(dòng)段兩端引入并聯(lián)高壓電(受庫外同一隔離開關(guān)控制)，當(dāng)電網(wǎng)接通時(shí)，確保受電弓滑到活動(dòng)段時(shí)受電連續(xù)，避免受電過程斷電打火。

⑤庫內(nèi)引入高壓電與庫外高壓電為串聯(lián)設(shè)計(jì)，共用庫前隔離開關(guān)，當(dāng)隔離開關(guān)接通時(shí)，庫內(nèi)庫外同時(shí)帶電，當(dāng)隔離開關(guān)斷開時(shí)，隔離開關(guān)之后接觸網(wǎng)(庫內(nèi)庫外高壓線)同時(shí)斷電并接地，確保庫內(nèi)作業(yè)安全。

⑥專用接地保護(hù)系統(tǒng)，確保絕緣子失效或擊穿時(shí)，設(shè)備及作業(yè)人員安全。

⑦設(shè)備所有支架及用電點(diǎn)全部進(jìn)行接零保護(hù)。

⑧當(dāng)活動(dòng)接觸網(wǎng)擺回限界外時(shí)，直接接入接地保護(hù)系統(tǒng)，使活動(dòng)接觸網(wǎng)殘余電完全釋放，確保設(shè)備及人員安全。

總之，活動(dòng)式接觸網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)原則是把滿足檢修作業(yè)安全放在設(shè)計(jì)的首位，從動(dòng)車組的進(jìn)庫開始到動(dòng)車組的出庫，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、布局到操作控制都進(jìn)行了全方位的安全設(shè)計(jì)。

(9)設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)

①支架采用板焊工字結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度剛度好且外形美觀，便于安裝。

②傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用德國SEW產(chǎn)品，性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。

③所有接觸網(wǎng)連接點(diǎn)均采用柔性連接，過渡平穩(wěn)、可靠，沒有硬點(diǎn)。

④主要導(dǎo)流件(匯流排)公稱截面:2 213.7 mm2，弓網(wǎng)壓力70～140 N，行車速度:80～120 km/h。

(10)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

接觸網(wǎng)長度:

固定段1 6.57 m 活動(dòng)段1 23.4 m

固定段2 7.57 m 活動(dòng)段2 18.4 m

車庫內(nèi)長度:48 m

活動(dòng)接觸網(wǎng)電壓等級:25 kV 50 Hz單相交流

活動(dòng)接觸網(wǎng)接觸線高度:5.3 m(以地面軌頂高程±0.00 m)

活動(dòng)接觸網(wǎng)工作范圍:工作——非工作狀態(tài)最大轉(zhuǎn)角80°～85°

活動(dòng)接觸網(wǎng)擺動(dòng)速度/擺動(dòng)線速度:0.695 r/min/225.5 mm/s

活動(dòng)接觸網(wǎng)設(shè)備總重:2 151 kg

受電弓對接觸網(wǎng)壓力:70±10 N

設(shè)備總?cè)萘?0.74 kW

工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間:26 s/段 52 s/工作狀態(tài)104 s/循環(huán)(1 min 44 s)

控制方式:地面控制臺(tái)操作

控制電源:～380 V/220 V 50 Hz 三相五線

絕緣子額定抗拉破壞負(fù)荷:≥60 kN

絕緣子額定抗彎破壞負(fù)荷:≥4 kN

絕緣子逐個(gè)拉伸試驗(yàn)負(fù)荷:≥32 kN

絕緣子逐個(gè)彎曲試驗(yàn)負(fù)荷:≥2.4 kN

絕緣子的最小安全系數(shù):4.8

(11)設(shè)備主要應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合皇姑屯動(dòng)車運(yùn)用所成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備廣泛的應(yīng)用在動(dòng)車段(所)的臨修庫及三、四級檢修庫中，并取廣泛的認(rèn)可。見表1。

表1 設(shè)備在動(dòng)車應(yīng)用實(shí)例

3 側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)在電力機(jī)車整備及檢修后試驗(yàn)作業(yè)中的推廣應(yīng)用

(1)在整備棚機(jī)車整備作業(yè)中的應(yīng)用

①機(jī)車整備作業(yè)

機(jī)務(wù)段的機(jī)車整備作業(yè)一般在整備棚(庫)內(nèi)進(jìn)行，包括車頂、車體、車底的整備和檢查。其作業(yè)流程為:機(jī)車入段檢查洗車——機(jī)車進(jìn)入整備臺(tái)位——交班整備檢查——機(jī)車出整備臺(tái)位進(jìn)入待班臺(tái)位——待班檢查接班——機(jī)車出待班臺(tái)位——機(jī)車出段，整備作業(yè)時(shí)間大約為1 h。

②在整備作業(yè)中電力機(jī)車的供電方式

根據(jù)機(jī)車整備作業(yè)特點(diǎn)，機(jī)車進(jìn)入整備臺(tái)位的供電方式有自行受電動(dòng)車、牽車機(jī)牽車、牽車電源牽車等多種方式，因整備作業(yè)需要必須在無電狀態(tài)下整備，以確保作業(yè)人員的人身安全。整備臺(tái)位整備作業(yè)無電狀態(tài)分為有網(wǎng)－作業(yè)無電、作業(yè)無網(wǎng)無電、有網(wǎng)－作業(yè)無網(wǎng)3種整備作業(yè)供電方式。

有網(wǎng)－作業(yè)無電:機(jī)車自行受電進(jìn)入整備臺(tái)位，整備作業(yè)時(shí)通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)隔斷臺(tái)位上空電網(wǎng)，這種方式整備作業(yè)效率高，但不能實(shí)現(xiàn)雷雨天氣情況下的整備作業(yè)。

作業(yè)無網(wǎng)無電:機(jī)車通過牽車設(shè)備進(jìn)入整備臺(tái)位，整備作業(yè)時(shí)臺(tái)位上空無電網(wǎng)，這種方式整備作業(yè)可以保證絕對的安全，但整備效率比較低。

有網(wǎng)－作業(yè)無網(wǎng):機(jī)車通過活動(dòng)接觸網(wǎng)自行受電進(jìn)入整備臺(tái)位，整備作業(yè)時(shí)移開活動(dòng)接觸網(wǎng)，臺(tái)位上空無電網(wǎng)，這種方式整備作業(yè)既可以保證絕對的安全，也可以保證整備作業(yè)效率高。

綜合比選，有網(wǎng)－作業(yè)無網(wǎng)供電方式對于電力機(jī)車整備作業(yè)是一種既安全又高效的供電方式，建議在今后的電力機(jī)車整備作業(yè)中推薦采用。

③側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)在電力機(jī)車整備作業(yè)中的優(yōu)越性

隨著電力機(jī)車的更新?lián)Q代，和諧型大功率交流電力機(jī)車逐步替代直流電力機(jī)車，交流電力機(jī)車的動(dòng)車電源完全不同于直流電力機(jī)車，不同的交流機(jī)車，制式不同，引機(jī)入庫要求不同，目前采用有拖纜式、滑線式、牽車機(jī)牽引式等各種牽車方式均不具備安全、高效共存的特性。隨著各機(jī)務(wù)段對安全、高效、標(biāo)準(zhǔn)的整備作業(yè)需求認(rèn)知，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)在電力機(jī)車整備作業(yè)中，作為一種新型的高壓供電技術(shù)越來越顯現(xiàn)出其優(yōu)越性，特別對交流電力機(jī)車整備作業(yè)更突顯其安全、高效的特點(diǎn)。

④在機(jī)車整備作業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備在動(dòng)車段(所)的廣泛應(yīng)用，并結(jié)合電力機(jī)車整備領(lǐng)域作業(yè)的特點(diǎn)，將側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)成功的推廣到電力機(jī)車整備作業(yè)中。見表2。

(2)在機(jī)車檢修后試驗(yàn)作業(yè)中的應(yīng)用

①側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)在電力機(jī)車檢修后試驗(yàn)作業(yè)中的優(yōu)越性

機(jī)務(wù)段的機(jī)車檢修后應(yīng)進(jìn)行高壓試驗(yàn)、整車試運(yùn)。其作業(yè)流程為:機(jī)車通過側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)進(jìn)入試驗(yàn)庫——通過活動(dòng)接觸網(wǎng)供電進(jìn)行高壓試驗(yàn)或整車試運(yùn)——機(jī)車通過移式活動(dòng)接觸網(wǎng)牽出試驗(yàn)庫，其作業(yè)效率顯而易見。

②在機(jī)車檢修后試驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例(表3)

表2 設(shè)備在機(jī)車整備應(yīng)用實(shí)例

表3 設(shè)備在機(jī)車檢修應(yīng)用實(shí)例

4 結(jié)語

側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)對于機(jī)車整備作業(yè)、高壓試驗(yàn)作業(yè)是一種新型的高壓供電新技術(shù)，杜絕了傳統(tǒng)的高壓供電方式在機(jī)車整備、高壓試驗(yàn)作業(yè)中產(chǎn)生的不安全因素，在整備棚內(nèi)可完全實(shí)現(xiàn)全天候機(jī)車整備、高壓試驗(yàn)作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)車無病上線運(yùn)行。

(1)側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)設(shè)備與機(jī)車安全監(jiān)控、隔離開關(guān)聯(lián)鎖、三層作業(yè)平臺(tái)等設(shè)備組合，在集中監(jiān)控狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)車頂、車體、車底立體平行整備作業(yè)，極大地提高了作業(yè)效率，是標(biāo)準(zhǔn)化整備作業(yè)首選的配套設(shè)備。

(2)側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)設(shè)備通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制來實(shí)現(xiàn)整備、檢修試驗(yàn)作業(yè)的安全性，突破了傳統(tǒng)的高壓供電在機(jī)車整備、高壓試驗(yàn)中的局限性，不僅提高了機(jī)車整備、檢修作業(yè)的效率，而且拓展了高壓供電技術(shù)的應(yīng)用范圍。

近年來，隨著動(dòng)車運(yùn)用檢修設(shè)施設(shè)計(jì)的不斷完善，全路52個(gè)動(dòng)車運(yùn)用所的臨修設(shè)施中，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，運(yùn)用效率、使用效果顯著。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是:在不解編車組的條件下，實(shí)現(xiàn)車組自行受電動(dòng)車完成依次鏇輪、更換轉(zhuǎn)向架等臨修作業(yè)。隨著側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)的不斷完善及拓展延伸，全路7個(gè)動(dòng)車段的三四級檢修庫的動(dòng)車電源也廣泛采用側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)，隨著交流電力機(jī)車時(shí)代的到來，側(cè)移式活動(dòng)接觸網(wǎng)技術(shù)在機(jī)車整備作業(yè)、試驗(yàn)作業(yè)中也充分發(fā)揮了其安全、高效的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了該技術(shù)在電力牽引供電領(lǐng)域，特別是在電力機(jī)車運(yùn)用維護(hù)方面具有越來越廣泛的應(yīng)用前景。

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