趙 雪 呂晶晶 王明飛

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都；2.成都工業(yè)學院，611730，成都∥第一作者，工程師）

1 概述

接觸軌受電作為城市軌道交通主要的牽引供電制式之一，廣泛應用于國內外城市軌道交通供電系統(tǒng)。接觸軌的布置應滿足“盡量少斷軌，保證連續(xù)性”的要求，但在一些特殊區(qū)段，不可避免地需要設置斷軌（斷口）。通常，根據(jù)技術功能上的需求，在電分段處、道岔處、人防門／防淹門處，不同供電制式間過渡段（如接觸網和接觸軌之間的過渡）設置接觸軌斷軌；根據(jù)安全防護上的需求，在平交道口處、車站檢修扶梯處、區(qū)間疏散平臺扶梯處設置接觸軌斷軌。接觸軌斷口的存在，對車輛的連續(xù)可靠受流會產生一定影響，如何設置接觸軌斷口，是接觸軌設計的重要問題。

接觸軌允許的最大斷口長度與車輛編組和集電靴配置緊密相關。以GB 50157—2003《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定的B1型車為例，通常6輛編組形式為“＝Tc·M·M＝M·M·Tc＝”，其中拖車長度Lt＝19.5m，動車長度Ld＝19m，車輛間間隙0.52m，整列車全長L＝117.6m。車輛固定軸距2.3m，定距12.6m。

目前地鐵車輛牽引控制系統(tǒng)采用VVVF（變壓－變頻）交流傳動技術，車輛的所有編組通過母線貫通，同時在直流母線上設置BHB（母線高速斷路器）。當車輛運行速度高于5km／h時，BHB處于合閘狀態(tài)；當車輛運行速度低于5km／h時，BHB自動斷開。

以B1型車為例，如每輛動車兩側轉向架處共設4個集電靴，整列列車共設有16個集電靴，相鄰集電靴間距最長為12.6m，最短為6.92m。對于單斷口的接觸軌系統(tǒng)（假設斷口兩端接觸軌連續(xù)），若車輛的取流要求為至少2集電靴受電，則接觸軌斷口的最大允許長度應為58.56m，如圖1所示。

圖1 車輛集電靴設置與接觸軌斷口示意圖

2 道岔區(qū)斷口

2.1 道岔斷軌布置

為保證列車安全通過道岔區(qū)段，接觸軌需要設置機械分段。斷軌布置的原則為：正線（直股）接觸軌不能侵入岔線的設備限界，岔線（側股）接觸軌不能侵入正線的設備限界。斷軌的具體布置方案主要由道岔區(qū)限界加寬要求、線間距大小、道岔型號、道岔轉轍機位置等確定，因此，斷軌布置需要和限界、線路、軌道、信號等專業(yè)進行接口配合。

直股側理論岔心至順向過岔方向10～20m范圍內（不同線路根據(jù)車輛和限界要求有差異）為車輛限界加寬地段，此處一般不設置接觸軌。由于接觸軌端部彎頭無法預彎，因此對于線間距大于3.6m的單開道岔，逆向過岔方向一般在導曲線終點后方可設置短接觸軌。單開道岔處接觸軌布置見圖2。交叉渡線由于交叉?zhèn)裙砷g限界有限，原則上無法在側股設置接觸軌。

圖2 單開道岔接觸軌布置示意圖

2.2 問題分析

接觸軌系統(tǒng)的斷軌設計首先要保證車輛集電靴的有效受流，原則上不能出現(xiàn)受流盲區(qū)。道岔區(qū)的斷軌設計由于工況復雜、控制點較多，往往會出現(xiàn)以下問題：

（1）單斷口長度過長，無法滿足車輛連續(xù)受流。一般而言，接觸軌系統(tǒng)最長的斷口位于交叉渡線和線間距小于3.6m的單開道岔處。由于側股處無法設置接觸軌，因此道岔側股的通過路徑會出現(xiàn)大斷口，以線間距5m的9號道岔為例，側股通過路徑的斷軌區(qū)至少為62.4m。

（2）斷口數(shù)量眾多、密集，無法滿足車輛連續(xù)受流。在車場以及部分有折返功能的車站咽喉區(qū)，由于道岔數(shù)量多、道岔間距離較短，造成接觸軌連續(xù)斷軌，特別是最長單斷口位于連續(xù)斷軌區(qū)時，容易出現(xiàn)受流盲區(qū)。

2.3 建議措施

（1）對車輛招標提出澄清要求。車輛需采用母線貫通的方式，建議BHB設置為手動斷開模式，同時集電靴數(shù)量的設置需保證最長斷軌處的有效受流，解決單斷口長度過長的問題。

（2）對于交叉渡線和線間距小于3.6m的單開道岔，與相鄰道岔的配列形式不可為對向配列，如無法避免，需保證理論岔心間距大于45m（間距長度需結合道岔型號和道岔區(qū)限界加寬要求確定）。

（3）在不影響功能的前提下，在咽喉區(qū)的困難區(qū)域處加大連續(xù)道岔的間距，增大短接觸軌的長度。

（4）研制可預彎的端部彎頭，考慮困難情況下在道岔側股的導曲線設置短接觸軌，保證車輛連續(xù)受流。

（5）機車上設置動力畜電池，確保在機車失電時可轉為動力畜電池短時牽引供電。同時，車輛相關用電設備的選用，應考慮其瞬時失電后壽命折損，需滿足使用要求。

3 電分段斷口

根據(jù)牽引供電系統(tǒng)運行方式，為便于檢修、縮小事故范圍和實現(xiàn)保護配合，正線接觸軌在牽引變電所所在車站設有電分段。接觸軌電分段以設置斷軌的方式實現(xiàn)，主要有大斷口斷軌式電分段、小斷口斷軌式電分段、短軌式電分段等三種方案。

傳統(tǒng)的電分段方式一般采用大斷口斷軌式電分段，如國內早期建設的北京、天津地鐵，其斷口長度通常大于列車相鄰集電靴的最長間距（一般B型車取14m）。對于早期多采用動車之間電氣斷開的列車，其主要作用為：在正常運行時起到電分段作用；在某一供電臂出現(xiàn)接地故障時，防止動車前后集電靴將接地供電臂和帶電供電臂導通而擴大事故范圍。目前地鐵車輛多采用母線貫通方式，大斷口電分段方式一般僅用在車輛運行速度較低的車場內。

小斷口式電分段一般用于正線電分段，其主要意義是確保接觸軌的連續(xù)授電。通常，正線高速彎頭長度為5.2m，能夠保證集電靴完好接觸的平直段長度為0.9m，為保證通過電分段時同一動車前后集電靴至少有1個與接觸軌完好接觸，則斷軌長度L≤12.6m－2×（5.2m－0.9m），即L≤4m?？紤]到接觸軌伸縮量和冗余系數(shù)，小斷口長度一般取為3m。

短軌式電分段主要是為了解決電分段斷口處車輛連續(xù)取流和故障連電的問題。其原理是：在大斷口中設置一段短接觸軌，短接觸軌通過接觸器由變電所一路饋線供電，接觸器的分合與兩路饋線斷路器閉鎖，既保證了正常供電時車輛的連續(xù)取流，又可在某一供電分區(qū)故障時通過接觸器跳閘將短軌供電切除，使得列車誤闖電分段時不會出現(xiàn)“故障連電”。該分段方式的主要缺點是：增加了投資，變電所的聯(lián)鎖關系復雜，斷口數(shù)量增加降低了接觸軌的連續(xù)性。

4 其它類斷口

4.1 不同牽引供電制式間過渡分段

對于同一線路的不同區(qū)段采用不同牽引供電制式的線路，或者兩條采用不同牽引供電制式的線路，如果要實現(xiàn)線路的聯(lián)絡共享，都會存在過渡分段的問題，如架空接觸網和接觸軌系統(tǒng)的過渡。廣州地鐵4號線正線采用接觸軌系統(tǒng)，車輛段采用架空柔性接觸網，在出入段線上設置了弓靴轉換的過渡段。過渡段的長度、分段方式需要結合車輛通過方式（停車或不停車、斷電或不斷電）和通過速度、升降弓（靴）模式、線路、軌道、信號，以及車輛相應的感應控制技術等綜合研究確定。隨著城市軌道交通線網的密集化、共享化以及供電制式的多元化，關于此問題的研究將會進一步開展。

4.2 人防門／防淹門、平交道口處斷軌

人防門／防淹門、平交道口處接觸軌需設置斷軌。斷軌的長度根據(jù)人防門／防淹門的尺寸和開啟方式、平交道口的寬度以及安全距離確定。

IEC 62128—1—2003《Railway applications－Fixed installations－Part 1：Protective provisions relating to electrical safety and earthing》中對平交道口處的安全防護距離有明確的規(guī)定，要求接觸軌在距離平交道口2m處設置終端以及相應的防護措施（見圖3）。因此，平交道口處接觸軌斷軌長度L應滿足：

式中：

b——平交道口寬度，m。

雖然人防門／防淹門處無平交走行的功能，但考慮到人防門／防淹門的日常維護檢修，建議此處安全距離按照不小于2m考慮。

4.3 車站檢修扶梯、區(qū)間疏散平臺扶梯處斷軌

圖3 平交道口處接觸軌斷軌示意圖

對于布置在車站站臺側以及和區(qū)間疏散平臺布置在同側的接觸軌系統(tǒng)，為保證走行、疏散通道的人身安全，需要設置斷軌。如果斷口長度允許，接觸軌端部彎頭端部不宜進入扶梯的范圍內（順線路方向）。

此類斷軌主要是由于接觸軌布置在站臺側和疏散平臺同側所致。考慮到斷軌本身會對接觸軌連續(xù)性造成影響，因此在設計時應綜合各種因素對接觸軌布置（即布置在行車方向的左側或右側）進行考慮，在滿足安全防護的前提下盡量減少此類斷軌。

5 結語

接觸軌系統(tǒng)斷口設計涉及供電、車輛、限界、軌道、信號、建筑、區(qū)間結構、人防等專業(yè)，設計時需充分考慮各種接口條件和工況，以滿足系統(tǒng)可靠性和防護安全性為原則，合理布置接觸軌斷軌區(qū)。隨著城市軌道交通的發(fā)展，接觸軌斷口設計會出現(xiàn)新的問題和要求，而新技術、新工藝的涌現(xiàn)也會帶來新的思路，對于接觸軌系統(tǒng)相關問題的研究有待進一步的深化和完善。

［1］GB 50157—2003地鐵設計規(guī)范［S］.

［2］于松偉，楊興山，韓連詳，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設計原理與運用［M］.成都：西南交通大學出版社，2008.

［3］毛建華，李金華.架空接觸網與三軌不停車切換過渡的技術探討［J］.電氣化鐵道，2004（6）：44.