王永平

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300250)

1 概述

在城市軌道交通車輛段出入口處，車輛受電弓通過(guò)接觸網(wǎng)四跨電分段常出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)車誤停于四跨電分段處時(shí)，還會(huì)燒斷接觸線，經(jīng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，探究接觸網(wǎng)四跨電分段拉弧及燒斷接觸線的原因及車輛段出入口處單向?qū)ㄅ渲玫慕^緣軌縫出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，燒蝕軌縫接頭原因。

2 四跨電分段受電弓拉弧原因測(cè)試

在上海九亭停車場(chǎng)西岔出庫(kù)線接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)處進(jìn)行弓網(wǎng)試驗(yàn)，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行到四跨電分段中部時(shí)，即受電弓將正線與車輛段間的接觸網(wǎng)短接，當(dāng)兩線間網(wǎng)壓不等時(shí)產(chǎn)生電流越區(qū)供電現(xiàn)象，且間斷產(chǎn)生瞬間電流變化，因電感電流不能突變受電弓與接觸線產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)試停車場(chǎng)、九亭站、七寶站對(duì)應(yīng)的饋線電壓、電流，得到如下的動(dòng)態(tài)圖形，正線車站的九亭站牽引所及七寶站牽引所同時(shí)產(chǎn)生向九亭停車場(chǎng)牽引所瞬間越區(qū)供電：

(1)在九亭停車場(chǎng)牽引所測(cè)試電流、電壓波形見(jiàn)圖1。

(注：圖中上部曲線線為車輛段牽引所網(wǎng)壓，中部曲線為停車場(chǎng)牽引所饋線電流，下部曲線為停車場(chǎng)牽引所入口處的回流電纜回路電流)

圖1九亭停車場(chǎng)牽引所電流，電壓波形

圖1為機(jī)車由停車場(chǎng)向正線運(yùn)行至四跨電分段時(shí)，當(dāng)受電弓由停車場(chǎng)接觸網(wǎng)向正線接觸網(wǎng)滑行瞬間短接兩接觸線時(shí)，因正線越區(qū)供電使停車場(chǎng)牽引所饋線電流及回流電流在正線越區(qū)供電時(shí)瞬間減少。

(2)在九亭站牽引所動(dòng)作網(wǎng)壓及饋線電流、電壓波形見(jiàn)圖2。

圖2為在同一時(shí)間機(jī)車由停車場(chǎng)向正線運(yùn)行至四跨電分段時(shí)，當(dāng)受電弓由停車場(chǎng)接觸網(wǎng)向正線接觸網(wǎng)滑行的瞬間短接兩接觸線時(shí)，因正線網(wǎng)壓高于停車場(chǎng)網(wǎng)壓而瞬間越區(qū)供電，九亭站牽引所饋線電流突增。

(注：圖中上部曲線為九亭站牽引所饋線網(wǎng)壓，下部曲線為九亭站牽引所饋線電流)

圖2九亭站牽引所電流，電壓波形

(3)在七寶站牽引所網(wǎng)壓及饋線動(dòng)作電流、電壓波形見(jiàn)圖3。

圖3為在同一時(shí)間七寶站牽引所饋線電流瞬間向停車場(chǎng)越區(qū)供電，饋線電流突增。

(4)九亭站、七寶站、停車場(chǎng)3個(gè)牽引所對(duì)應(yīng)的饋線網(wǎng)壓見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，正線九亭站牽引所(上部曲線)、七寶站牽引所(上部曲線)的母線電壓高于停車場(chǎng)牽引所母線電壓(下部曲線)，其正線電壓高于停車場(chǎng)電壓約160 V。

(5)九亭站、七寶站、停車場(chǎng)三個(gè)牽引所對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的電流見(jiàn)圖5。

(注：圖中上部曲線為九亭牽引站饋線網(wǎng)壓，下部曲線為七寶站牽引所饋線電流)

圖3七寶站牽引所電流，電壓波形

圖4 三個(gè)牽引所對(duì)應(yīng)的饋線網(wǎng)壓波形

圖5 3個(gè)牽引所對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的電流波形

由圖5可見(jiàn)，上部及中部曲線為正線越區(qū)供電電流，下部曲線為四跨入口處反向電流。

3 四跨電分段受電弓拉弧原因分析

(1)正線網(wǎng)壓與停車場(chǎng)網(wǎng)壓不等

通過(guò)以上動(dòng)態(tài)測(cè)試圖形可知，正線網(wǎng)壓高于停車場(chǎng)網(wǎng)壓，在列車經(jīng)過(guò)四跨電分段關(guān)節(jié)處，通過(guò)受電弓滑板將正線及停車場(chǎng)的接觸網(wǎng)搭通短接，使正線的九亭站牽引所、七寶站牽引所同時(shí)向停車場(chǎng)倒灌電流，其停車場(chǎng)網(wǎng)壓低于正線原因有2個(gè)，其一是停車場(chǎng)牽引所網(wǎng)壓整定值低于正線，其二由于夜間機(jī)車基本回庫(kù)整備，庫(kù)內(nèi)負(fù)荷較大，網(wǎng)壓下降，導(dǎo)致正線網(wǎng)壓高于庫(kù)區(qū)網(wǎng)壓。

(2)四跨電分段供電方向不同

在出入停車場(chǎng)口處的四跨電分段上，其相間的兩個(gè)接觸線來(lái)電方向相反，為不同方向的兩個(gè)牽引變電所，當(dāng)機(jī)車通過(guò)四跨電分段時(shí)，其電流是由后方牽引所經(jīng)接觸網(wǎng)、機(jī)車、鋼軌回到后方牽引所，瞬間電流又突變過(guò)渡到由前一方牽引所經(jīng)接觸網(wǎng)、機(jī)車、鋼軌回到前方的牽引所，這樣的一個(gè)直流回路大突變，由空間磁場(chǎng)抑制電流不能突變而產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的作用，導(dǎo)致拉弧現(xiàn)象。而正線上的四跨電分段均是由同一個(gè)牽引變電所的同一母線等值電壓供電，即不會(huì)由電壓不等或反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。如圖6所示。

圖6 3個(gè)牽引所對(duì)應(yīng)平面供電位置

(3)當(dāng)機(jī)車常時(shí)間誤停于電分段處

由圖6可知，通過(guò)受電弓越區(qū)電流約為750 A，若當(dāng)機(jī)車常時(shí)間誤停于電分段處，在接觸取流過(guò)程中，出現(xiàn)正線電流長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)接觸線及受電弓滑板進(jìn)入庫(kù)區(qū)，并通過(guò)停車場(chǎng)內(nèi)的負(fù)載形成回流通道。當(dāng)接觸線與受電弓滑板間接觸電阻R與電流I2和時(shí)間T的乘積，造成接觸線局部溫升過(guò)高，將會(huì)使接觸線燒斷。

4 解決方法

(1)調(diào)整好停車場(chǎng)牽引所網(wǎng)壓，根據(jù)停車場(chǎng)最大負(fù)荷，正線無(wú)負(fù)荷時(shí)電分段末端電壓與正線有負(fù)荷停車場(chǎng)無(wú)負(fù)荷時(shí)電分段末端電壓之差，取其中值。

(2)加大回、饋線的導(dǎo)線截面，并查找導(dǎo)線銜接處接觸是否良好，降低銜接電阻。

(3)錯(cuò)開(kāi)機(jī)車入庫(kù)時(shí)與機(jī)車共同整備時(shí)間，減小庫(kù)內(nèi)高負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致電分段的壓差。

(4)停車牌位置與四跨電分段錯(cuò)開(kāi)，防止機(jī)車在四跨電分段處停車，在困難地段可考慮改用電分段器代替四跨電分段。

5 單向?qū)ㄅ渲玫慕^緣軌縫拉弧原因及危害分析

在停車場(chǎng)出入口處鋼軌設(shè)置了絕緣軌縫及單項(xiàng)導(dǎo)通裝置，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行通過(guò)此處時(shí)在該絕緣軌縫處常產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，使得軌頭燒蝕，而在入庫(kù)處的單導(dǎo)及絕緣軌縫就不會(huì)產(chǎn)生此現(xiàn)象。經(jīng)分析有以下原因所致，其一，當(dāng)正線軌電位高于庫(kù)區(qū)電位，由于單導(dǎo)及絕緣軌縫的作用，使得正線電流不能進(jìn)入停車場(chǎng)，而當(dāng)車輛通過(guò)此處時(shí)由多個(gè)車輪、車輛將軌縫短接，正線供電電流越過(guò)絕緣，導(dǎo)致反向大電流突變，在電感電流的作用下產(chǎn)生高壓形成拉弧現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)車受電弓越過(guò)電分段，停車場(chǎng)側(cè)的軌電位高于正線，單導(dǎo)開(kāi)通，火花不再產(chǎn)生。其二，當(dāng)停車場(chǎng)接觸網(wǎng)壓高于正線時(shí)，機(jī)車通過(guò)電分段產(chǎn)生停車場(chǎng)向正線瞬間越區(qū)供電，這時(shí)對(duì)應(yīng)下部單向?qū)ㄑb置則形成反向電流阻斷狀態(tài)，在輪軌短接絕緣軌縫時(shí)，產(chǎn)生反向通路，形成拉弧。如圖7所示。

圖7 機(jī)車通過(guò)單導(dǎo)進(jìn)入四跨電分段軌電位示意

6 解決方法

(1)正線軌道電位高于停車場(chǎng)是由于停車場(chǎng)鋼軌為露天碎石道砟，對(duì)地絕緣電阻較低，在該處采用帶消弧裝置的單向?qū)ɑ蚴芸囟探邮絾蜗驅(qū)ㄑb置即可消除此現(xiàn)象。

(2)出入段處的絕緣軌縫位置應(yīng)設(shè)置在四跨電分段轉(zhuǎn)換柱的正線端以外，防止單向?qū)ㄌ幱诜聪蚧亓鳡顟B(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

由于機(jī)車整備晝出夜歸的現(xiàn)象，車輛段牽引所的負(fù)荷變化巨大，其網(wǎng)壓受整流機(jī)組阻抗及饋線阻抗壓降的影響，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的波動(dòng)，且其變化與正線牽引所饋線空載電壓產(chǎn)生相反的偏移，從而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的產(chǎn)生。為此，在設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)降低牽引回路的阻抗，在冬夏季節(jié)庫(kù)內(nèi)機(jī)車整備時(shí)，應(yīng)合理調(diào)整車輛整備時(shí)間及車輛空調(diào)工作時(shí)間，降低集中負(fù)荷，使網(wǎng)壓平穩(wěn)。另外在車輛段、停車場(chǎng)出入段口處，機(jī)車出入庫(kù)通過(guò)電分段的運(yùn)行速度不足40 km/h，可考慮采用機(jī)械電分段器取代四跨電分段，可降低電分段處的越區(qū)負(fù)荷時(shí)間，減少接觸網(wǎng)及絕緣軌縫的拉弧現(xiàn)象。

出入段口處應(yīng)采用帶消弧裝置的單向?qū)ɑ蚴芸囟探邮絾蜗驅(qū)ㄑb置，使絕緣軌縫兩側(cè)電位相等，避免因反向回流產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。

[1] 楊建國(guó).客運(yùn)專線電氣化區(qū)段電力供電方式的探討[J].電氣化鐵道，2005(3)：20-21.

[2] 劉達(dá)民.分段絕緣器和分相絕緣器的性能分析[J].電氣化鐵道,2005(4):24-27.

[3] 張學(xué)子.電氣化鐵道站用牽引變壓器的過(guò)載能力問(wèn)題[J].變壓器，1992(1).

[4] 易運(yùn)軍.牽引變壓器的容量及其過(guò)負(fù)載能力[J].電氣化鐵道,1997(4)：4-10.

[5] 黃元才，吳良治.交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1988.

[6] 徐安.城市軌道交通電力牽引[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2000(3):33-45.

[7] 魯志偉.任意形狀接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算[J].中國(guó)電力，1994(3):19-20.

[8] 王先沖.電磁場(chǎng)理論及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1991:346-350.