城市軌道接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)停車(chē)危害及對(duì)策

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市軌道交通已發(fā)展至距城市中心區(qū)較遠(yuǎn)的開(kāi)發(fā)區(qū)、新區(qū)，中心城與衛(wèi)星城之間也陸續(xù)出現(xiàn)軌道交通線路。這些區(qū)域的軌道交通牽引供電系統(tǒng)大多采用柔性接觸網(wǎng)，柔性接觸網(wǎng)通常采用絕緣錨段關(guān)節(jié)或分段絕緣器的形式實(shí)現(xiàn)電氣隔斷。近年來(lái)，由于城市軌道交通電客車(chē)在接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)位置停車(chē)而造成的故障較多，有必要對(duì)柔性接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)停車(chē)的危害及原因進(jìn)行剖析，并制訂相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，以提升城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全。

1 柔性接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)及電客車(chē)編組

1.1 絕緣錨段關(guān)節(jié)作用及結(jié)構(gòu)

絕緣錨段關(guān)節(jié)通過(guò)錨段與錨段銜接部分之間的空氣絕緣實(shí)現(xiàn)電氣隔斷，通過(guò)線索與線索間的垂直高差的變化實(shí)現(xiàn)受電弓的平滑過(guò)渡。絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段應(yīng)滿足受電弓高速通過(guò)的要求，主要應(yīng)用在城市軌道交通的正線，以三跨式絕緣錨段關(guān)節(jié)最為常見(jiàn)（圖1）。

圖1 三跨式絕緣錨段關(guān)節(jié)立面示意圖

1.2 電客車(chē)編組及取流方式

以普遍采用的6輛編組（4動(dòng)2拖）為例，一列客車(chē)的編組型式為：+Tc-Mp-M1-M2-Mp-Tc+，其中，“+”表示半自動(dòng)車(chē)鉤，“-”表示半永久性牽引桿。Tc車(chē)為帶司機(jī)室的拖車(chē)，M1、M2車(chē)為無(wú)司機(jī)室的動(dòng)車(chē)，Mp車(chē)為無(wú)司機(jī)室?guī)茈姽膭?dòng)車(chē)，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6車(chē)（圖2）。電客車(chē)采用雙弓滑動(dòng)取流方式。

2 絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)停車(chē)危害及原因

危害：受電弓在絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，將造成弓網(wǎng)間較長(zhǎng)時(shí)間放電，可能燒損甚至燒斷接觸線，中斷供電。

原因分析：

（1）電客車(chē)受電弓短接2個(gè)供電分區(qū)時(shí)形成大供電分區(qū)，不同供電分區(qū)內(nèi)其他列車(chē)的取流將造 成回路電流通過(guò)弓網(wǎng)接觸點(diǎn)。

圖2 電客車(chē)編組示意圖

（2）根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）要求，地鐵牽引供電系統(tǒng)采用雙邊供電的方式，絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)錨段均與牽引變電所正饋線相連。兩錨段接觸線在兩轉(zhuǎn)換柱間實(shí)現(xiàn)由非工作支向工作支的過(guò)渡，電客車(chē)受電弓經(jīng)過(guò)時(shí)與一支緊密接觸，與另一支垂直距離逐漸變大，即存在受電弓與工作支接觸而與非工作支虛接或弓網(wǎng)間距小于絕緣擊穿距離的過(guò)程，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)持續(xù)放電、拉弧現(xiàn)象（圖3所示）。

當(dāng)受電弓停留在過(guò)渡段內(nèi)，與非工作支接觸不實(shí)或弓網(wǎng)之間的距離小于空氣絕緣擊穿距離時(shí)，受電弓對(duì)接觸線某一點(diǎn)持續(xù)放電、發(fā)熱。熱能量不斷累積，接觸線局部溫度升高，導(dǎo)致該處接觸線軟化，承受張力能力下降，在接觸網(wǎng)補(bǔ)償張力的作用下，接觸線被拉斷。斷開(kāi)的接觸線也可能接地，造成單個(gè)供電分區(qū)停電或錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)的供電分區(qū)均停電。而電客車(chē)以一定速度運(yùn)行時(shí)，弓網(wǎng)間燃弧會(huì)瞬間熄滅，熱能量不會(huì)在接觸線上累積，故不會(huì)造成斷線。

圖3 轉(zhuǎn)換柱間工非支過(guò)渡時(shí)橫斷面示意圖

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 絕緣錨段關(guān)節(jié)位置設(shè)置電客車(chē)禁停區(qū)

為避免受電弓停留在絕緣錨段關(guān)節(jié)過(guò)渡區(qū)內(nèi)而引起燒損燒斷接觸網(wǎng)線索，需劃定受電弓禁停區(qū)，如圖4所示。

圖4 禁停區(qū)及禁停區(qū)停車(chē)后可單弓運(yùn)行區(qū)示意圖

結(jié)合絕緣錨段關(guān)節(jié)電氣特性，將轉(zhuǎn)換柱間兩非工作支絕緣子之間的縱向區(qū)段定義為受電弓過(guò)渡區(qū)，即受電弓禁止停留區(qū)（圖4中c段）。為便于司機(jī)操控電客車(chē)，需在線路旁埋設(shè)標(biāo)示牌用于司機(jī)對(duì)受電弓是否進(jìn)入及駛出受電弓禁停區(qū)進(jìn)行控制。下文分析司機(jī)看到的禁停區(qū)標(biāo)示牌在線路的縱向位置。

設(shè)電客車(chē)前弓至Tc車(chē)司機(jī)室門(mén)邊沿的縱向最小距離為a，電客車(chē)前弓至后弓的縱向距離為b。司機(jī)看到的禁停區(qū)為：前弓即將進(jìn)入另一供電分區(qū)時(shí)司機(jī)室門(mén)沿至后弓脫離原供電分區(qū)時(shí)，兩位置司機(jī)室門(mén)間的距離（圖4陰影區(qū)段司機(jī)看到的禁停區(qū)）?！敖Ｊ肌睒?biāo)裝設(shè)在前弓即將進(jìn)入另一供電分區(qū)前時(shí)（絕緣子A）司機(jī)室門(mén)邊沿橫向?qū)?yīng)的線路位置，“禁停始”標(biāo)距絕緣子A縱向距離為a，此時(shí)司機(jī)從司機(jī)室門(mén)窗看到電客車(chē)越過(guò)“禁停始”標(biāo)后，表示前弓已進(jìn)入禁停區(qū)。“禁停終”標(biāo)裝設(shè)在后弓脫離原供電分區(qū)（絕緣子B）后，司機(jī)室門(mén)邊沿橫向?qū)?yīng)的線路位置，“禁停終”標(biāo)距絕緣子B縱向距離為a+b，此時(shí)司機(jī)從司機(jī)室門(mén)窗看到電客車(chē)越過(guò)“禁停終”標(biāo)后，表示后弓已駛出禁停區(qū)。

綜上所述，用于司機(jī)控制受電弓停留在禁停區(qū)的標(biāo)示牌共2個(gè)，分別為“禁停始”“禁停終”標(biāo)?！敖Ｊ肌睒?biāo)的位置距離絕緣子A縱向距離為a，“禁停終”標(biāo)的位置距離絕緣子B縱向距離為a+b。

3.2 禁停區(qū)內(nèi)停車(chē)的應(yīng)對(duì)措施及駛出方案

電客車(chē)因特殊情況被迫停在禁停區(qū)時(shí)，應(yīng)立即采取降雙弓措施。停留在禁停區(qū)的電客車(chē)需動(dòng)車(chē)駛出禁停區(qū)時(shí)，司機(jī)應(yīng)根據(jù)電客車(chē)司機(jī)室門(mén)所處的升降弓標(biāo)示牌的位置升前弓或后弓，單弓駛出禁停區(qū)后，恢復(fù)雙弓運(yùn)行模式。具體分析如下：

由圖4分析，前、后受電弓單弓駛出時(shí)存在重合段，即重合段可升雙弓通過(guò)?？缮p弓通過(guò)段的長(zhǎng)度為a+b-a-(c-a)-a=b-c。當(dāng)b=c，前后弓距離與受電弓禁停區(qū)長(zhǎng)度相同；當(dāng)b＞c時(shí)，雙弓不會(huì)同時(shí)在受電弓禁停區(qū)內(nèi)，可升單弓駛出；當(dāng)b＜c時(shí)，雙弓會(huì)同時(shí)落在受電弓禁停區(qū)內(nèi)，此時(shí)存在不能通過(guò)禁停區(qū)情況。因此在接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需保證b＞c。

根據(jù)維保手冊(cè)說(shuō)明書(shū)，編組型式為+Tc-Mp-M1-M2-Mp-Tc+的電客車(chē)2個(gè)受電弓之間的距離b=(受電弓一半的長(zhǎng)度 +受電弓到二位端的長(zhǎng)度)×2+貫通道的長(zhǎng)度×3+M1+M2=(3 380/2+500)×2+(260+260)×3+19 000+19 000=43 940（mm），三跨絕緣錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換柱間兩非工作支絕緣子間的縱向距離c≈ 40 000 mm，b＞c，重合區(qū)長(zhǎng)度為b-c=43 940-40 000=3 940（mm）。因重合區(qū)距離較短，為便于司機(jī)操作，在重合區(qū)的中心位置設(shè)置“升前降后”標(biāo)識(shí)牌。

綜上所述，于禁停區(qū)停車(chē)后，用于司機(jī)控制電客車(chē)駛出禁停區(qū)的標(biāo)示牌為2個(gè)，分別為“升后降前”“升前降后”標(biāo)?！吧蠼登啊睒?biāo)與“禁停始”標(biāo)在同一里程；“升前降后”標(biāo)中心位置在重合區(qū)（b-c）的中心位置。在禁停區(qū)停車(chē)后，單弓運(yùn)行駛出方案為：當(dāng)司機(jī)室門(mén)沿越過(guò)“升后降前”標(biāo)而未過(guò)“升前降后”標(biāo)時(shí)，司機(jī)升后弓降前弓駛出禁停區(qū)后，恢復(fù)雙弓運(yùn)行；當(dāng)司機(jī)室門(mén)沿越過(guò)“升前降后”標(biāo)而未過(guò)“禁停終”標(biāo)時(shí)，司機(jī)升前弓降后弓駛出禁停區(qū)后，恢復(fù)雙弓運(yùn)行。

根據(jù)上文所述，單向行車(chē)需設(shè)置4個(gè)標(biāo)示牌，按電客車(chē)行駛方向，依次為“禁停始”“升后降前”（同一里程）?“升前降后”?“禁停終”標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)的接觸網(wǎng)供電均來(lái)自牽引變電所的同一段母線，且每個(gè)供電分區(qū)均采用雙邊供電的方式。受電弓短接兩供電分區(qū)時(shí)，不同供電分區(qū)內(nèi)其他列車(chē)的取流造成回路電流通過(guò)弓網(wǎng)接觸點(diǎn)，受電弓滑過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉弧、放電現(xiàn)象，甚至燒傷關(guān)節(jié)內(nèi)線索。在不能進(jìn)行技術(shù)改造的前提下，電客車(chē)在通過(guò)絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)應(yīng)保持一定的速度，以縮短拉弧、放電時(shí)間；同時(shí)檢修人員應(yīng)定期對(duì)兩轉(zhuǎn)換柱間承力索、接觸線進(jìn)行檢查，對(duì)燒損及磨耗嚴(yán)重的線索進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)或更換，防止斷線故障，保證接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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