徐海虹,劉慧利

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251；2.中鐵電氣化勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,天津 300250)

1 概述

與交流電氣化鐵路一樣,直流牽引接觸網(wǎng)電氣上的分段，不僅僅是接觸網(wǎng)本身供電區(qū)域和功能范圍的劃分需要,同時(shí)還是運(yùn)營維護(hù)中非常重要的管理及維修依據(jù)。城市軌道交通接觸網(wǎng)一般有架空柔性、架空剛性、接觸軌(第三軌)等形式,國內(nèi)的天津、北京、武漢等地鐵采用了接觸軌方式,上海、廣州、南京、成都等城市部分地鐵采用了架空剛性方式,大連輕軌、天津津?yàn)I輕軌、上海1號(hào)線、廣州1號(hào)線等采用了架空柔性方式,本文結(jié)合3種接觸網(wǎng)形式對(duì)接觸網(wǎng)供電分段方式、方案及與之相關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行簡要探討。

不同接觸網(wǎng)類型的電分段形式有所不同。架空接觸網(wǎng)電分段主要實(shí)現(xiàn)的方式有絕緣錨段關(guān)節(jié)形式、分段絕緣器。絕緣錨段關(guān)節(jié)適應(yīng)速度高,主要用于柔性接觸網(wǎng)的正線電氣分段,分段絕緣器大多應(yīng)用于渡線和車場內(nèi)有關(guān)線路的電氣分段；接觸軌系統(tǒng)中一般很少采用分段絕緣器形式的電分段方式,大多采用接觸軌自然形成的斷口來實(shí)現(xiàn)不同供電分區(qū)的電氣隔離。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2003)規(guī)定,接觸網(wǎng)在下列場所設(shè)置電分段：有牽引變電所車站的車輛惰行側(cè)；輔助線與正線的銜接處；車輛段出入段線和正線的銜接處；車輛段檢修庫入口處。

2 架空接觸網(wǎng)供電分段及電氣接線

架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置電分段時(shí),為了便于上網(wǎng)電纜的設(shè)置、減少工程投資,在牽引變電所所在車站,無論國外還是國內(nèi)地鐵線路一般均設(shè)置在變電所同一端。

2.1 架空接觸網(wǎng)電氣分段的基本設(shè)置要求

(1)正線接觸網(wǎng)電分段應(yīng)與牽引變電所布置相結(jié)合,既滿足正常運(yùn)行要求,又要考慮到牽引變電所解列時(shí)的運(yùn)行要求。

(2)除終端車站的變電所外,正線在有變電所的車站進(jìn)站端(惰行側(cè))設(shè)電分段,電分段采用絕緣錨段關(guān)節(jié)。

(3)正線間渡線、折返線,正線與停車線之間,車輛段(停車場)的出入線與正線間設(shè)電分段,電分段采用分段絕緣器。分段絕緣器安裝如圖1所示。

圖1 分段絕緣器安裝示意

(4)車輛段(停車場)各供電分區(qū)之間設(shè)電分段,電分段采用分段絕緣器。

(5)車輛段洗車庫設(shè)電分段,電分段采用分段絕緣器。

(6)車輛段(停車場)其他各庫線入口處設(shè)電分段,電分段采用分段絕緣器。

2.2 接觸網(wǎng)開關(guān)設(shè)置要求

在電氣連接上,設(shè)置電分段后還應(yīng)考慮設(shè)置相應(yīng)的接觸網(wǎng)開關(guān),根據(jù)供電系統(tǒng)和接觸網(wǎng)運(yùn)行要求,隔離開關(guān)設(shè)置要求如下。

(1)接觸網(wǎng)饋電上網(wǎng)開關(guān),正線各電分段之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及車輛段(停車場)出入線電分段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用電動(dòng)隔離開關(guān),納入遠(yuǎn)動(dòng)(SCADA)控制。

(2)為檢修安全需要在各車庫線入口處的電分段處設(shè)手動(dòng)帶接地刀閘的隔離開關(guān)。

(3)其他各供電分區(qū)之間設(shè)手動(dòng)隔離開關(guān),主要是實(shí)現(xiàn)不同電氣分區(qū)之間的相互支持和備用。

圖2為某工程正線架空接觸網(wǎng)電氣分段和系統(tǒng)接線示意圖。

3 接觸軌供電分段及電氣接線

接觸軌系統(tǒng)在電氣分段和系統(tǒng)接線上與架空接觸網(wǎng)基本一致,主要還應(yīng)該與供電系統(tǒng)運(yùn)行要求相適應(yīng)。

圖2 某工程正線架空接觸網(wǎng)供電分段及接線示意

3.1 接觸軌分段

(1)接觸軌的分段分為機(jī)械分段和電氣分段兩種。機(jī)械分段主要設(shè)置在道岔、地下站的人防及防淹門、車站換邊處,一般采用接觸軌自然斷開方式,斷軌間用電纜進(jìn)行電氣連接,其斷口長度一般根據(jù)具體情況確定,以不影響其他設(shè)備正常使用和正常行車為基準(zhǔn)。

(2)電氣分段的設(shè)置應(yīng)滿足正常運(yùn)營情況下雙邊供電,1個(gè)變電所解列時(shí)構(gòu)成大雙邊供電的原則,車輛段或停車場的電分段則應(yīng)滿足供電需要并同時(shí)考慮接觸軌檢修需要。電分段的主要設(shè)置地點(diǎn)和原則為：正線有牽引變電所的車站,電分段通常設(shè)置在列車惰性區(qū)段(進(jìn)站端)；正線間的渡線、折返線與正線間、停車場與正線間設(shè)置電分段。電氣分段也采用自然斷開接觸軌方式,兩斷軌間電氣不連接,其斷口長度與集電靴在列車上的分布及電氣連接情況、集電靴與接觸軌端部彎頭始觸點(diǎn)的位置等相關(guān),應(yīng)與供電、車輛專業(yè)共同協(xié)商確定。

(3)接觸軌采用斷口、自然間隔的方式實(shí)現(xiàn)電氣分段,1個(gè)集電靴通過時(shí)瞬間離開接觸軌,因此接觸軌要設(shè)置端部彎頭設(shè)施，以便引導(dǎo)集電靴的順利通過。工程設(shè)計(jì)中應(yīng)體現(xiàn)少斷軌的原則,盡可能選用道岔、人防門及防淹門等處的斷軌作為電分段。

3.2 系統(tǒng)接線

圖3為某工程正線接觸軌供電分段示意圖,其正線不同電分段之間不設(shè)置越區(qū)供電用的接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān),其功能由變電所母線實(shí)現(xiàn)。

圖3 某工程正線接觸軌供電分段及接線示意

由于接觸軌是安裝在軌道旁,其停送電范圍與軌道的維護(hù)分區(qū)、車輛出行及軌道日常維護(hù)密切相關(guān),因此在車輛段、停車場采用接觸軌方式時(shí),接觸軌的電分段設(shè)置應(yīng)考慮供電安全可靠,同時(shí)也應(yīng)考慮軌道檢修、車輛出入等作業(yè)需要,盡可能實(shí)現(xiàn)接觸軌電分段設(shè)置、供電分區(qū)配置與相關(guān)設(shè)置的功能及需求一致。

4 接觸軌電分段的主要形式

由于接觸軌的電氣分段、機(jī)械分段均通過接觸軌斷口實(shí)現(xiàn),就存在影響車輛連續(xù)可靠受流的問題,需要對(duì)所采用的分段方式進(jìn)行擇優(yōu)選用,目前接觸軌電分段主要有小斷口、大斷口和短接觸軌等3種形式。

小斷口方式的斷軌處斷口長度小于列車的1個(gè)動(dòng)車2個(gè)集電靴間的距離,列車通過分段時(shí)能夠連續(xù)取流、不出現(xiàn)失電問題；當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)則會(huì)出現(xiàn)短路電流通過集電靴和母線,對(duì)牽引所的直流保護(hù)靈敏度和集電靴產(chǎn)生不利影響。

大斷口方式的斷軌處斷口長度大于列車的1個(gè)動(dòng)車2個(gè)集電靴間的距離,但小于相鄰兩動(dòng)車相同位置上的集電靴間的距離。由于相鄰兩動(dòng)車間高壓電氣不相連,車輛通過分段時(shí)車輛取流不連續(xù),造成臨時(shí)失電,旅客乘坐會(huì)產(chǎn)生不舒適感,同時(shí)產(chǎn)生車輛的照明和空調(diào)臨時(shí)失電。目前部分新型車輛整列編組直流母線高壓電氣貫通,基本解決了上述問題。

由于機(jī)車在通過電分段處的失電和故障時(shí)連接的矛盾,可采用在斷口處加設(shè)短段接觸軌方案(俗稱短三軌)。接觸軌大斷口長度大于整列車集電靴間相隔最大距離,而小斷口則小于車輛相鄰集電靴間的最小距離。該方案是在加大斷口的基礎(chǔ)上通過增加1根短接觸軌實(shí)現(xiàn)的,短接觸軌通過隔離開關(guān)或接觸器與車站的供電臂連接,正常情況下列車通過電分段處的取流連續(xù)、無失電問題。

短接觸軌方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯,增加投資不大,建議優(yōu)先選擇。

當(dāng)正線采用接觸軌形式,而車輛段或與之貫通的其他線路采用架空接觸網(wǎng)方式時(shí),就出現(xiàn)了二者切換的問題。切換方式主要有停車切換和不停車切換兩種,具體采用哪種方式應(yīng)以車輛供貨商的技術(shù)要求為主。接觸網(wǎng)工程一般是建立一段接觸軌和架空接觸網(wǎng)并存的過渡段,通過控制受電弓和集電靴的升降實(shí)現(xiàn)受流方式的轉(zhuǎn)換。不停車切換可實(shí)現(xiàn)機(jī)車不失電,但控制程序復(fù)雜,停車切換操作簡單、但機(jī)車短時(shí)失電。兩種類型接觸懸掛電氣互相切換必須遵循等電位的技術(shù)要求。

5 結(jié)論及建議

接觸網(wǎng)電分段的實(shí)現(xiàn)方式主要與接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān),同時(shí)還需要考慮接觸網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)的簡易和方便。架空接觸網(wǎng)以采用絕緣錨段關(guān)節(jié)為主,困難時(shí)可考慮采用分段絕緣器,其優(yōu)勢(shì)可以保證受電弓實(shí)現(xiàn)連續(xù)受流；接觸軌一般采用斷口方式實(shí)現(xiàn)電分段,在設(shè)置接觸軌電分段時(shí)尤其要注意的是對(duì)其端部彎頭的設(shè)定,包括長度、坡度及類型均應(yīng)與集電靴匹配,相對(duì)而言,短接觸軌方案技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯,可優(yōu)先選用；接觸網(wǎng)電分段形式的確定與車輛編組及車輛直流電氣布置相關(guān),建議接觸網(wǎng)專業(yè)應(yīng)參加有關(guān)車輛的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)或提出技術(shù)需求,盡可能降低接觸網(wǎng)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)現(xiàn)向車輛連續(xù)供電；車輛段和停車場的供電分段設(shè)計(jì)應(yīng)與軌道、車輛等專業(yè)協(xié)調(diào)一致,為運(yùn)營維護(hù)、檢修及車輛出入段提供方便條件。

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