陳明忠

（南京鐵道職業(yè)技術學院電力工程學院，210031，南京∥副教授）

模型試驗法在城市軌道交通牽引接觸網(wǎng)結構參數(shù)調整中的應用*

陳明忠

（南京鐵道職業(yè)技術學院電力工程學院，210031，南京∥副教授）

摘 要為解決城市軌道交通困難地段的牽引接觸網(wǎng)結構參數(shù)調整與施工檢修的難題，提出了一種基于實物模型試驗的模型試驗法。該方法以現(xiàn)場真實的牽引接觸網(wǎng)設備為依據(jù)，搭建等比例實物模型進行參數(shù)調整試驗，優(yōu)化選擇牽引接觸網(wǎng)施工及參數(shù)調整的技術方案和技術工藝路線。應用該方法對南京地鐵1號線困難地段的牽引接觸網(wǎng)錨段關節(jié)進行了施工改造，取得了良好的應用效果，也為基于計算機軟件的模型試驗法的開發(fā)和完善積累了有益的經(jīng)驗。

關鍵詞城市軌道交通；牽引接觸網(wǎng)；參數(shù)調整；模型試驗

*江蘇省“青藍工程”資助項目（RL13002）

Author＇s address Nanjing Railway Vocational and Technical College，210031，Nanjing，China

錨段關節(jié)接觸網(wǎng)是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的重要設備之一，主要用于實現(xiàn)牽引接觸網(wǎng)機械分段和同相分段。其結構比較復雜，技術要求高。特別是在困難地段，如長距離小半徑曲線區(qū)間，由于曲線外軌超高等原因，容易引起弓網(wǎng)事故。一旦發(fā)生弓網(wǎng)事故，不僅造成錨段關節(jié)處接觸網(wǎng)設備損壞，同時會造成兩相鄰錨段接觸網(wǎng)設備故障和損壞，其恢復的工作量及難度極大。

南京地鐵1號線紅山動物園站4跨絕緣錨段關節(jié)位于紅山站列車的起動位置，由5根支柱組成，其中中心支柱尤其重要。此次的直接問題設備是絕緣錨段關節(jié)的15-8﹟桿這根中心柱（即缺陷轉換柱），如圖1所示。由于施工和設計遺留問題，使得中心柱上兩組懸掛所安裝部件間的定位間距s僅為70 mm（見圖2），這不符合直流1 500 V技術規(guī)定的s 為300 mm的要求。

圖1　困難區(qū)段的缺陷轉換柱

該s值的差異對牽引接觸網(wǎng)安全運行的影響是不可忽視的。潛在的安全隱患主要有2個：一是當絕緣錨段關節(jié)一端停電接地，而另一端有電時，兩組懸掛間由于電氣間距不夠，受外界因素如刮風、雨雪等影響，容易造成空氣間隙擊穿現(xiàn)象，可能導致人身傷害事故；二是該絕緣錨段關節(jié)所處位置位于列車出站起動位置，列車瞬間取流為起動電流，電流值達到3 000 A以上，相鄰錨段之間間隙過小會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，或因外界因素使得導線與腕臂處于非可靠接觸，由于存在電位差而造成接觸間隙放電，有燒斷接觸導線和承力索的可能。

圖2　缺陷轉換柱處的結構

1　問題分析與解決

為處理這個難題，通常的整改方案需要重新安裝2套腕臂，才能達到調整電氣間距的目的。對該方案進行了施工設計，其工作量如表1所示。

表1　直接施工法的工藝方案與工作量

由于施工點位于高架橋上，支柱安裝位置不合理，使得接觸懸掛復雜，如開展施工改造，必會導致接觸線產(chǎn)生很多硬點，進而影響列車取流。由表1可知，施工過程波及到接觸網(wǎng)導高、拉出值，以及工作支、非工作支抬高量等技術參數(shù)的調整，改造的工作量及難度較大。經(jīng)過反復比較和論證，最終放棄了傳統(tǒng)的整改方案，決定采用模型試驗法確定施工改造的具體工藝和方法。

2　模型試驗法的關鍵技術

模型試驗法的基本思路是搭建一個比擬真實設備的軟件模型［1-4］或實物模型，該模型與待處理解決的錨段關節(jié)在布置參數(shù)、空間結構、零件配合等方面相一致，從而可以用試驗的辦法進行多次施工，直至找到簡單、成熟、可靠的施工技術路線和工藝步驟。該方法不受停電時間和設備運行的條件制約，能夠反復多次探索找到最優(yōu)的施工方案，是解決困難地段接觸網(wǎng)參數(shù)調整的有效方法。從目前的情況看，由計算機軟件模擬的方法最為簡便，但軟件開發(fā)還不完備。最終利用料庫備品和培訓基地的試驗設備搭建真實的設備模型成為選擇［5］。為最大限度地接近運行中的真實設備，需要對原錨段關節(jié)進行全方位的測繪，同時保證空間結構與故障特征的一致性。結合牽引接觸網(wǎng)專業(yè)技術規(guī)范和施工設計圖紙，用激光導高測量儀、水平尺、線墜等工具對原設備進行靜態(tài)檢測。夜間利用牽引接觸網(wǎng)綜合檢測車對牽引接觸網(wǎng)參數(shù)進行動態(tài)檢測，以掌握此處錨段關節(jié)的接觸網(wǎng)參數(shù)，包括導高值、拉出值、振動、沖擊、接觸壓力、線索張力等。

施工人員對檢測參數(shù)進行分析，結合現(xiàn)場情況，設計了建立模型的方案［6-9］。經(jīng)過不斷試驗，最終得到經(jīng)過優(yōu)選后的目標技術參數(shù)，如表2所示。

除了表2中的主要控制參數(shù)外，錨段關節(jié)各單元組的腕臂抬升量、承力索抬高距離、T型定位器與軟定位器間絕緣距離、腕臂及定位器的偏移量等符合相應規(guī)范的技術要求，故沒有進行采集。為保證模型的相似性和一致性，搭建時也對這些參數(shù)進行了控制。

在模型試驗現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，轉換柱（Z單元組）處的兩定位間距s不能調整到300 mm的規(guī)定值上。如果采用DTL 0163定位器，調到極限位置時s= 170 mm，仍然不符合技術要求。此時，W1單元組定位管的斜撐與非支承力索的電氣距離只有50 mm。因此在現(xiàn)有的模型試驗現(xiàn)場，采用目前的通用定位器解決不了該問題。

由模型試驗的數(shù)據(jù)對各個單元組的定位器進行受力分析后，決定設計研發(fā)符合本試驗要求的特殊結構的定位器與定位管支撐。依據(jù)試驗要求，定位器及斜撐的零件平面圖如圖3、圖4所示。

表2　模型試驗法的控制參數(shù)與優(yōu)化

圖3　定位器零件圖

圖4　定位斜撐零件圖

根據(jù)圖紙和技術要求，接觸網(wǎng)零件和設備制造商提供了該定位器和定位管支撐。在試驗模型現(xiàn)場，施工作業(yè)組很快將定位器和斜撐安裝到位，經(jīng)過不斷調試，最終將各單元組的控制參數(shù)全部調整到位。

在熟練掌握模型試驗施工方法后，項目組重點解決試驗成果成功移植問題。按照試驗確定的工藝和方法，作業(yè)組利用地鐵夜間停運“天窗”時間，僅用127 min完成了定位器的安裝與更換，并最終將s值調整到了規(guī)范規(guī)定的300 mm。由于使用了特制的定位器，M1單元組非支承力索與工作支定位器的距離也滿足技術要求。采用模型試驗法確定的結構與參數(shù)特殊的定位器，使得該處困難地段接觸網(wǎng)錨段關節(jié)的缺陷施工改造順利完成，達到了預期的目標。

3　結語

城市軌道交通牽引接觸網(wǎng)設備是一個復雜的機械與電氣的耦合系統(tǒng)，如果由于設計上的缺陷或由于施工安裝形成的隱患造成不良狀態(tài)，都會給后期運營單位的接觸網(wǎng)檢修與維護工作帶來相當大的困難。尤其是當接觸網(wǎng)布置在一些困難區(qū)段時，線叉或錨段關節(jié)等單元零部件之間相互聯(lián)系、相互制約，在不影響供電安全和列車運行秩序下進行施工整改、檢修與調整，往往面臨著不可預料的風險和困難。利用計算機軟件仿真或基于真實接觸網(wǎng)結構相似試驗的模型試驗法則可有效解決這類問題。此方法已成功應用于南京地鐵1號線困難地段（高架橋牽引接觸網(wǎng)支柱位置特殊且淺埋）錨段關節(jié)處的缺陷整改施工項目中，并取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著軟件信息技術和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，牽引接觸網(wǎng)的檢修與調整可以借助大數(shù)據(jù)分析、動態(tài)建模和實時仿真等技術，此時模型試驗法將是牽引接觸網(wǎng)設備狀態(tài)維修、檢修與調整的重要手段，對于保障牽引接觸網(wǎng)的安全運行具有重要意義。

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Application of Model Test for Pull Contact Network Parameter Adjustment in Urban Rail Transit

Chen Mingzhong

AbstractTo solve the parameter adjustment in pull contact network structure，the construction and maintenance of contact network in difficult locations of urban rail transit，a model test based on a real physical model is proposed.This method takes the real scene of contact network equipment as the basis，conducts an equal scaled model test and adjustment，so as to improve the selection of technical scheme for contact network construction，parameter adjustment and technical route.The method is applied to the pull contact network construction on some difficult areas on Nanjing metro Line 1，and proves to have good effect.It also accumulates experiences for the development and improvement of＂model test method＂based on the computer software.

Key wordsurban rail transit；pull contact network；parameter adjustment；model test

中圖分類號U 225.1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.020

收稿日期：（2014-03-09）