城市軌道交通成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)研究

夏才為

摘 要：城市軌道交通是一個(gè)復(fù)雜的交通體系，也是未來解決城市交通擁堵問題的重要發(fā)展方向。由于它具有運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、運(yùn)量大、效率高、污染低和節(jié)能型等優(yōu)勢，符合城市“綠色出行”的發(fā)展要求，對于高新技術(shù)（如磁懸浮系統(tǒng)）又具有較好的融合性，因此在城市建設(shè)中得到了重視。國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)起步較晚然而發(fā)展速度較快，一定程度上受到了快速城市化的影響，特別是在成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)層面，至今尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這造成了極大的適用性缺陷。文章針對這一問題展開研究，并在具體參數(shù)設(shè)置方面提出一些建議。

關(guān)鍵詞：城軌交通；開關(guān)裝置；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；絕緣參數(shù)

中圖分類號：U231+.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0039-02

根據(jù)我國《城市交通分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 114-2007）的概念界定，“城市軌道交通”是指“設(shè)置全封閉或部分封閉的專用軌道線路”，從交通運(yùn)輸職能上分析，它不具有地面交通路線改動的隨意性，而是需要專門設(shè)計(jì)的軌道扶著結(jié)構(gòu)承重和運(yùn)輸導(dǎo)向，以列車、單車的形式達(dá)到“規(guī)?；边\(yùn)量；從交通系統(tǒng)分類角度分析，城市軌道交通主要有地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、懸浮系統(tǒng)等構(gòu)成，其中地鐵是我國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中主要的軌道交通形式，即存在于地下的“鐵路干線”。無論哪一種城市軌道交通類型，它的構(gòu)成都相對龐大和復(fù)雜，需要大量電子設(shè)備、電氣設(shè)備介入，其中成套開關(guān)裝置是必不可少的組成部分。

1 城市軌道交通成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)現(xiàn)狀概述

“城市軌道交通成套開關(guān)裝置”（以下簡稱“開關(guān)裝置”）是地鐵電氣化系統(tǒng)中的重要組成部分，但就目前來說，從國家層面到行業(yè)范疇中都沒有開關(guān)裝置絕緣參數(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，能夠借鑒的文獻(xiàn)主要包括《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB7251.1-2005），《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備總則》（GB/T 14048.1-2000）；作者將其稱之為“參考文獻(xiàn)”而并非直接可以采用的標(biāo)準(zhǔn)化“條款”，原因在于以上的標(biāo)準(zhǔn)制定中，雖然存在交流電、直流電低壓開關(guān)應(yīng)用設(shè)備、控制設(shè)備的共性作用內(nèi)容，但同時(shí)，并沒有限定1.5KV的使用范圍，特別是在直流電1.5KV級別的詳細(xì)要求上，基本上找不到關(guān)于軌道開關(guān)適用性的裝置絕緣參數(shù)要點(diǎn)。

對比可知，國外在城市軌道交通直流電1.5KV成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)體系制定上，已經(jīng)形成了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，如歐盟EN50123-1標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性共同滿足的前提下展開分析，包括了工頻耐受干試電壓、濕試電壓、空氣間隙、爬距、雷電沖擊耐壓等；在借鑒的同時(shí)，國內(nèi)在開關(guān)裝置絕緣參數(shù)設(shè)定方面較為可行的還包括《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》GB/T 11022-1999；客觀上，在城市軌道交通建設(shè)中，成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建需要考慮的內(nèi)容高很多，本文中選擇了若干主要內(nèi)容展開分析。

2 沖擊耐壓值及工頻耐壓值參數(shù)分析

由于開關(guān)裝置的沖擊耐壓值與絕緣材料、爬電距離、電氣間隙等存在密切的聯(lián)系，因此在參數(shù)極限設(shè)計(jì)上，它應(yīng)該大于（最少等于）軌道開關(guān)裝置瞬間狀態(tài)下可能產(chǎn)生的電壓規(guī)定值。而工頻耐壓值相對的影響要素簡單，它主要有設(shè)備的額定絕緣電壓值決定，因此在不同城市軌道系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開關(guān)裝置絕緣參數(shù)，主要考慮設(shè)備額定絕緣電壓值對應(yīng)性即可。

當(dāng)然，額定絕緣電壓值并不是唯一參考，例如，額定絕緣電壓最高達(dá)到1.5KV的情況下，開關(guān)裝置標(biāo)稱電壓（直流）是1.5KV，但工作電壓為直流1.8KV，這種情況下，必然要先考慮最高工作電壓值。

諸如此類問題，在綜合考慮的過程中會發(fā)現(xiàn)影響軌道交通成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)設(shè)定的要素不僅多，而且存在復(fù)雜性和沖突性。究其原因，包括設(shè)計(jì)方、制造方、安裝方和運(yùn)營方等多個(gè)主體在內(nèi)，缺乏對開關(guān)裝置沖擊耐壓值和工頻耐壓值的統(tǒng)一性溝通，使用中就出現(xiàn)了混亂狀態(tài)。結(jié)合數(shù)據(jù)來說，當(dāng)前的工頻耐壓干試驗(yàn)存在50KV-100KV等數(shù)值，工頻耐壓濕試驗(yàn)中存在25KV，26KV，30KV等數(shù)值，雷電沖壓耐受電壓的試驗(yàn)中也同樣如此，并且，這些數(shù)值設(shè)定并沒有一個(gè)科學(xué)的引用來源，大多是根據(jù)相關(guān)部門自身的設(shè)備水平而定。

很明顯，我國電氣系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝過程中，額定值設(shè)計(jì)都存在偏高的現(xiàn)象，關(guān)于耐壓參數(shù)是否需要如此，本文以下會進(jìn)行進(jìn)一步的說明。但針對耐壓參數(shù)的具體設(shè)定，可以結(jié)合現(xiàn)有的《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》（GB/T 11022-1999）作為參考設(shè)定，我們以3.6KV高壓開關(guān)為參考對象，如下表1所示。

結(jié)合表1中的相關(guān)對比數(shù)值可知，在3.6KV高壓開關(guān)設(shè)備中的參數(shù)類比，“相對地”18KV和40KV的情況下，“隔離斷口”分別是20KV和46KV，這一參考數(shù)據(jù)相對當(dāng)前的軌道交通系統(tǒng)中開關(guān)裝置絕緣參數(shù)是比較高的；如果直接選用，作者建議的是“相對地”10KV和20KV的一組數(shù)值，即明顯較低的一組，在3.6KV高壓開關(guān)設(shè)備下，可以擴(kuò)展為戶內(nèi)、戶外1.5KV軌道開關(guān)狀感知使用，并且仍然存在很大的富裕度。

3 空氣間隙及爬距參數(shù)分析

3.1 空氣間隙參數(shù)分析

國內(nèi)在電氣設(shè)備耐受電壓設(shè)定方面主要參考的是額定數(shù)值、環(huán)境污染等級等，包括GB/T 14048.1以及GB 7251.1等標(biāo)準(zhǔn)，特別是在一些長期戶外運(yùn)行的電氣系統(tǒng)中，應(yīng)該說綜合考量還是十分豐富和完善的。但這并不能掩蓋缺乏周期性檢測和數(shù)據(jù)統(tǒng)籌的缺陷，突出表現(xiàn)為額定沖擊耐受電壓值較低，目前最高設(shè)定為12KV，相對應(yīng)的，這一耐受標(biāo)準(zhǔn)只是應(yīng)與小于等于2.3KV額定絕緣電壓水平。事實(shí)上，我國城市交通中結(jié)合VO3等級的戶內(nèi)軌道交通系統(tǒng)開關(guān)裝置的“最小空氣間隙均勻電場”要求分析，即相對地?cái)?shù)值最小為4.5mm，非均勻電場為14mm；但空氣間隙標(biāo)準(zhǔn)并沒有被引入到相對地、隔離斷口額定絕緣電壓的設(shè)定上，例如在3KV相對地、隔離斷口開關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用方面，可以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)大于這一標(biāo)準(zhǔn)的空氣間隙情況，200mm、300mm、450mm等設(shè)定同樣沒有參數(shù)的引用出處，這造成城市軌道交通成套開關(guān)裝置供應(yīng)商選定過程中的大量問題，并且問題會統(tǒng)一被歸納到制造領(lǐng)域。

3.2 爬距參數(shù)分析

GB/T 14048.1以及GB 7251.1等標(biāo)準(zhǔn)中只給出了絕緣電壓、實(shí)際工作電壓在1KV以下的電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，對于1.5KV的軌道交通開關(guān)裝置參考價(jià)值有限，尤其在軌道交通開關(guān)裝置的爬距方面，無論是國家標(biāo)準(zhǔn)還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基本上都處于空白狀態(tài)。電氣系統(tǒng)中爬距影響主要來源于三個(gè)方面的要素，分別是環(huán)境污染等級、絕緣材料和額定絕緣電壓。制造商在爬距標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定上也較為隨意，加上一些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中，爬距設(shè)定缺乏與其他影響因素的關(guān)聯(lián)性，造成借鑒的混亂。如《3.6KV-40.5KV交流金屬密封開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB3906-2006）中的相關(guān)要求，無論戶內(nèi)和戶外的情況下，12KV開關(guān)設(shè)備的相間、相對地爬距都要考慮材質(zhì)問題，1類設(shè)計(jì)推薦瓷質(zhì)材料（14mm/KV），2類設(shè)計(jì)推薦瓷質(zhì)材料（18mm/KV）以及有機(jī)絕緣材料（20mm/KV），相對來說，作者較為推薦1類材料，原因在于無機(jī)材料絕緣性能實(shí)現(xiàn)過程中，不需要爬距大于電氣間隙，也不會出現(xiàn)氣痕現(xiàn)象。

綜合以上內(nèi)容來闡明一個(gè)問題，即前文中提到國內(nèi)軌道交通成套開關(guān)裝置絕緣參數(shù)的設(shè)定范圍問題，一些機(jī)構(gòu)和企業(yè)認(rèn)為在參數(shù)設(shè)定上應(yīng)該越高越好、越大越好，甚至超出軌道系統(tǒng)安全范圍的較大程度。似乎只有這樣，才能最大限度地保障軌道交通運(yùn)轉(zhuǎn)中的安全和穩(wěn)定；作者認(rèn)為這是完全沒有必要的，一方面，電氣設(shè)備的應(yīng)用中有它自身的規(guī)律性，我們可以通過技術(shù)方式進(jìn)行鑒定，只需要將最大影響要素考慮在內(nèi)，并在此標(biāo)準(zhǔn)中展開相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定即可，并不必要無限制的擴(kuò)大。另一方面，過大的參數(shù)設(shè)置，很有可能造成城市軌道交通的建設(shè)成本增加，尤其在后期的安裝、運(yùn)行和維護(hù)上，這是完全沒有必要的。

4 結(jié)束語

我國快速城市化進(jìn)程中，城市軌道交通規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作被高度重視起來，不僅建設(shè)數(shù)量多、規(guī)模大，并且在不同的城市環(huán)境、需求下存在類型多元化要求，客觀上城市軌道交通的技術(shù)適應(yīng)性也提出了更高挑戰(zhàn)。一個(gè)完善的城市軌道交通系統(tǒng)是由大量電氣設(shè)備系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等共同構(gòu)建的，每一個(gè)部分都不可或缺并發(fā)揮著重要功能。從這個(gè)角度上說，國內(nèi)軌道交通開關(guān)裝置絕緣參數(shù)的統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)化就很有意義，它可以有效地保障軌道交通運(yùn)輸穩(wěn)定，以及乘客自身的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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