紹興2號線回流模式轉(zhuǎn)換相關問題研究

魏義山，王 穎，吳 煉

（紹興市軌道交通集團有限公司，浙江 紹興 312099）

紹興2號線地鐵車輛采用受電弓受流、專用軌回流制式，由于紹興2號線初期不設置車輛段，共用紹興1號線萬繡路車輛段進行定修，紹興2號線地鐵車輛需通過聯(lián)絡通道轉(zhuǎn)線至紹興1號線線路運行，由于紹興1號線采用鋼軌回流，而紹興2號線采用專用軌回流，因此紹興2號線地鐵車輛需同時具備專用軌回流和鋼軌回流2種模式，并且在聯(lián)絡通道處進行回流模式的轉(zhuǎn)換，地鐵車輛和聯(lián)絡通道處均需具備回流模式轉(zhuǎn)換的條件。當紹興2號線地鐵車輛回流靴全部接觸不良或懸空時或在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時，如果采用常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路接線設計，會出現(xiàn)回流靴帶電的問題，存在觸電安全隱患。

1 回流模式轉(zhuǎn)換相關問題研究

1.1 回流轉(zhuǎn)換開關設置問題

1.1.1 問題來源

紹興2號線地鐵車輛采用4節(jié)編組，每2節(jié)車為1個單元，總計2個單元，每個單元均設置受電弓，地鐵車輛在聯(lián)絡通道處從紹興2號線線路轉(zhuǎn)換至紹興1號線線路時，需要在停車狀態(tài)下將回流模式由“專用軌回流”轉(zhuǎn)換為“鋼軌回流”，從紹興1號線線路轉(zhuǎn)換至紹興2號線線路時，需要在停車狀態(tài)下將回流模式由“鋼軌回流”轉(zhuǎn)換至“專用軌回流”。地鐵車輛既要具備專用軌回流模式，同時需具備鋼軌回流模式，因此需在車輛上設置專用裝置進行不同回流模式轉(zhuǎn)換，專用軌回流模式下車輛主電路設計增設貫通式回流母線[1]，鋼軌回流模式車輛主電路設計與常規(guī)地鐵車輛一致。

1.1.2 解決措施

根據(jù)回流轉(zhuǎn)換需求及車輛實際條件，研究確定在車輛上設置回流轉(zhuǎn)換開關以控制不同回流模式的轉(zhuǎn)換，回流轉(zhuǎn)換開關控制電路圖及控制邏輯如下。

1.1.2.1 回流轉(zhuǎn)換開關控制電路圖

回流轉(zhuǎn)換開關通過外部繼電接點給出允許、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制指令，并通過回流轉(zhuǎn)換開關輔助觸點檢測轉(zhuǎn)換開關位置狀態(tài)，回流轉(zhuǎn)換開關涉及牽引系統(tǒng)主電路如圖1所示，回流轉(zhuǎn)換開關控制電路如圖2所示。

圖1 牽引系統(tǒng)主電路框圖

圖2 回流轉(zhuǎn)換開關控制電路圖（ST位）

1.1.2.2 回流轉(zhuǎn)換開關控制邏輯

回流轉(zhuǎn)換開關控制邏輯如表1所示。

表1 回流轉(zhuǎn)換開關控制邏輯

通過回流轉(zhuǎn)換開關及相關電路的設置，車輛具備了靈活轉(zhuǎn)換回流模式的功能，能可靠運行于鋼軌回流線路和專用軌回流線路，滿足在紹興2號線及紹興1號線轉(zhuǎn)線運行的需求。

1.2 聯(lián)絡通道回流模式轉(zhuǎn)換問題

1.2.1 問題來源

在初期設計文件中，聯(lián)絡通道處紹興1號線部分按鋼軌回流進行供電和軌道等專業(yè)設計，紹興2號線部分按專用軌回流進行供電和軌道等專業(yè)設計，聯(lián)絡通道中心位置作為2條線路的分界點，在分界點處設置鋼軌絕緣節(jié)和接觸網(wǎng)絕緣分段，初期聯(lián)絡通道設備設置如圖3所示。

圖3 初期聯(lián)絡通道設備設置

通過理論分析，紹興2號線地鐵車輛在聯(lián)絡通道處由紹興2號線至紹興1號線運行時，此時列車處于專用軌回流位，1單元車輛會逐漸運行至紹興1號線線路鋼軌回流區(qū)，列車停車時需要施加電制動，此時牽引電機通過再生制動變?yōu)榘l(fā)電機，因供電系統(tǒng)專用軌與鋼軌間單向隔離，牽引系統(tǒng)電制動能量無法被正常吸收，電制動電壓升高，車輛電制動電壓為接觸網(wǎng)對鋼軌電壓，供電系統(tǒng)保護電壓為接觸網(wǎng)對專用軌電壓，導致電壓無法正常匹配，可能會引起供電系統(tǒng)框架電壓保護動作，紹興2號線地鐵車輛在聯(lián)絡通道處由紹興1號線至紹興2號線運行也存在同樣問題。

紹興2號線地鐵車輛通過聯(lián)絡通道時，需要1單元和2單元車輛均通過紹興1號線和紹興2號線各自的變電站進行供電和回流，供電和回流須構成一個回路，遵循“從哪來回哪去”的原則，即來自各自線路變電站的供電，其回流也需回到各自的變電站。當列車在聯(lián)絡通道中間位置停車進行回流模式轉(zhuǎn)換，再次啟動時，由于車輛高壓母線是單元貫通，沒有全列車貫通，因此車輛將有1個單元因無法回流而損失牽引動力，影響列車通過聯(lián)絡通道和轉(zhuǎn)線運行效率。

1.2.2 解決措施

針對在聯(lián)絡通道進行回流模式轉(zhuǎn)換時遇到的問題，供電和軌道專業(yè)更改了初期設計文件中對于聯(lián)絡通道處的設備設置方案，在聯(lián)絡通道兩端分別設置鋼軌絕緣節(jié)，專用軌從紹興2號線鋪設至紹興1號線鋼軌絕緣節(jié)，鋼軌絕緣處理從紹興1號線安裝至紹興2號線鋼軌絕緣節(jié)，靠近紹興1號線一端接觸網(wǎng)設置分段絕緣器且與紹興1號線鋼軌絕緣節(jié)對齊，在鋼軌和專用軌之間設置單導裝置，最新聯(lián)絡通道設備設置如圖4所示。

圖4 最新聯(lián)絡通道設備設置

紹興2號線地鐵車輛在聯(lián)絡通道處由紹興2號線至紹興1號線運行時，列車在聯(lián)絡通道兩鋼軌絕緣節(jié)中間區(qū)段停車，將回流轉(zhuǎn)換開關由“專用軌回流”位轉(zhuǎn)換至“鋼軌回流”位，列車啟動運行時，1單元和2單元車輛均通過鋼軌及單導裝置至專用軌進行回流，當列車1單元受電弓運行至紹興1號線接觸網(wǎng)時，1單元列車此時牽引所消耗的能量或電制動產(chǎn)生的能量可以通過紹興1號線的鋼軌進行回流，2單元列車此時牽引所消耗的能量或電制動產(chǎn)生的能量可以通過紹興2號線的專用軌進行回流，直至整列車運行至紹興1號線線路上，在整個運行過程中，列車牽引系統(tǒng)電制動能量均能被正常吸收，不會引起供電系統(tǒng)框架電壓保護動作，紹興2號線地鐵車輛在聯(lián)絡通道處由紹興1號線至紹興2號線的運行原理相同。

紹興2號線地鐵車輛牽引系統(tǒng)單元貫通，因此即使紹興1號線接觸網(wǎng)與紹興2號線接觸網(wǎng)電勢不同，也不會引起牽引回路短路，紹興2號線地鐵車輛輔助系統(tǒng)全列車貫通，但輔助高壓回路設置了隔離二極管，能夠有效隔離紹興1號線接觸網(wǎng)與紹興2號線接觸網(wǎng)的電壓，因此列車在聯(lián)絡通道運行時對牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)均不會造成任何不利影響，不會造成列車動力損失和空調(diào)照明等輔助設備失電。

1.3 回流靴帶電問題

1.3.1 問題來源

當列車處于“專用軌回流”模式時，回流靴可靠接觸回流軌，能構成完整的供電回路，就不存在回流靴帶電風險；當列車處于“專用軌回流”模式時，回流靴全部接觸不良或懸空時，將無法構成供電回路，正常升弓或庫用供電時，如果采用常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路接線設計，回流靴會帶電且電壓接近供電電壓，有觸電安全風險。當列車在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時，回流靴帶電原理相同。

專用軌回流模式時，如果回流靴未接入，正常升弓時，牽引逆變器（高速斷路器閉合狀態(tài)）和輔助逆變器因未檢測到電壓，其預充電接觸器不會閉合，高壓預充電電路處于斷開狀態(tài)，不會存在回流靴帶電風險。但輔助逆變器設置了應急啟動裝置（DPBS），應急啟動裝置內(nèi)部主要為電容和電阻，在專用軌回流模式時，如果回流靴未接入，電壓會經(jīng)過應急啟動裝置到接地電容（C1），從而出現(xiàn)上述回流靴帶電現(xiàn)象，常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑如圖5所示。

圖5 常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑

因此在受電弓升弓或車間電源供電時，且在專用軌回流模式下，當回流靴全部接觸不良或懸空時，電容C1可通過圖3箭頭所示路徑進行充電，電容C1兩端電壓接近供電電壓，且由于該電容C1無放電路徑，且與回流靴相連，對外表現(xiàn)為回流靴與車體之間有高壓存在。此時，如有人員誤操作觸摸回流靴，將存在觸電風險。

1.3.2 解決措施

通過更改應急啟動裝置回流接線方案，避免C1電容不正常充電。將應急電源輸入端的負線從輔助電源箱中單獨引出，接到鋼軌接地排或接地裝置上。當回流靴全部接觸不良或懸空或在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時，C1電容無充電路徑，回流靴無帶電風險，且應急啟動功能不受影響，更改后的地鐵車輛輔助供電電路如圖6所示。

圖6 更改后地鐵車輛輔助供電電路

更改應急啟動裝置的回流接線，既能保證列車功能完整，又可徹底消除風險，紹興2號線采用該種方案可解決特定模式下的回流靴帶電風險問題。

2 總結

紹興2號線采用專用軌回流新技術，配套設計的地鐵車輛為國內(nèi)地鐵車輛的新制式，在紹興2號線地鐵車輛和聯(lián)絡通道設計過程中遇到了眾多與常規(guī)地鐵車輛和聯(lián)絡通道截然不同的復雜技術問題，本文詳細闡述了回流模式轉(zhuǎn)換遇到的相關問題，并進行針對性分析，提出解決措施，進行設計優(yōu)化，并在后續(xù)進行回流模式轉(zhuǎn)換相關專項驗證。