陳 祥

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510700,廣州∥助理工程師)

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城市軌道交通接觸軌故障的應(yīng)急處置

陳 祥

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510700,廣州∥助理工程師)

根據(jù)城市軌道交通接觸軌的運(yùn)行特點(diǎn),基于列車(chē)有效取流長(zhǎng)度，分析了可能存在的接觸軌故障情況,詳細(xì)描述了應(yīng)急組織及實(shí)施方案,并研究了搶修過(guò)程中的難題,初步構(gòu)建了接觸軌故障情況下的應(yīng)急處置框架,為今后運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)該類(lèi)故障的應(yīng)急處置提供技術(shù)支持。

城市軌道交通; 接觸軌; 故障; 應(yīng)急處置

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.,510700,Guangzhou,China

1 接觸軌供電制式的應(yīng)用

接觸軌供電制式是沿線(xiàn)路敷設(shè)一條與軌道平行的附加接觸軌,通過(guò)列車(chē)集電靴與接觸軌的直接接觸,將電能傳輸給列車(chē)的供電方式。接觸軌供電系統(tǒng)主要由接觸軌、絕緣支架、防護(hù)罩、電纜等附件組成[1]。相較于架空接觸網(wǎng),接觸軌系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝高度低,維修工作量少,城市景觀(guān)影響小等優(yōu)勢(shì)。接觸軌供電作為城市軌道交通主要的牽引供電制式之一，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外城市,在近年研制成功的鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌用作接觸軌后,改善了接觸軌受流的技術(shù)性能,進(jìn)一步擴(kuò)大了接觸軌供電制式的應(yīng)用范圍和前景。

由于接觸軌在設(shè)計(jì)和安裝上都是無(wú)備用的,一旦出現(xiàn)接觸軌斷軌等大型故障,勢(shì)必會(huì)造成運(yùn)營(yíng)中斷的嚴(yán)重后果。為了降低故障影響,對(duì)接觸軌大型故障情況下的應(yīng)急處置進(jìn)行分析研究具有重要意義。本文針對(duì)接觸軌系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),對(duì)可能存在的接觸軌故障情況進(jìn)行分析,提出應(yīng)急搶修策略,并研究了應(yīng)急搶修過(guò)程中的難題,為日后接觸軌故障的應(yīng)急處置提供技術(shù)支持。

2 接觸軌故障應(yīng)急預(yù)案

在集電靴或接觸軌部件安裝狀態(tài)不良、車(chē)輛附屬設(shè)備侵限、電客車(chē)脫軌、異物侵限、外力破壞等原因造成接觸軌出現(xiàn)彎曲、變形甚至斷裂等大型故障時(shí),勢(shì)必造成行車(chē)中斷,須立即組織應(yīng)急搶修。

2.1 應(yīng)急處置原則

在組織接觸軌大型故障應(yīng)急搶修時(shí),在立足安全第一的前提下,以保障運(yùn)輸、兼顧效率為原則,綜合考慮接觸軌系統(tǒng)主要部件的運(yùn)輸和拆換、列車(chē)編組和集電靴的布置方式,研究“先通后復(fù)”的可行性。在此基礎(chǔ)上有效地組織和實(shí)施應(yīng)急處置方案,設(shè)法先行恢復(fù)供電,必要時(shí)調(diào)整牽引變電所向接觸軌供電的運(yùn)行方式,采取單邊供電或越區(qū)供電等措施,盡量縮短事故影響時(shí)間,以最快的速度恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。在保證運(yùn)營(yíng)安全的情況下,對(duì)遺留問(wèn)題,在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后再行處理。

2.2 確認(rèn)故障范圍

基于接觸軌斷口的設(shè)置、列車(chē)編組和集電靴的布置方式,接觸軌的故障搶修組織考慮了如下兩種情況:故障范圍不高于列車(chē)有效取流長(zhǎng)度、故障范圍大于列車(chē)有效取流長(zhǎng)度。

廣州地鐵6號(hào)線(xiàn)采用4節(jié)編組直線(xiàn)電機(jī)車(chē)輛,由2個(gè)單元車(chē)組成(A車(chē)+B車(chē)組成1個(gè)單元)。列車(chē)采用4組集電靴(X1、X2、X3、X4)、2個(gè)取流單元、低壓電氣(輔助電氣)連通。列車(chē)集電靴的分布位置如圖1所示。

圖1 廣州地鐵6號(hào)線(xiàn)一期工程列車(chē)集電靴分布示意圖

列車(chē)有效取流長(zhǎng)度是根據(jù)列車(chē)編組和兩集電靴的距離(含集電靴長(zhǎng)度)確定的,在一些特殊區(qū)段(如道岔、人防門(mén)、車(chē)站換邊等位置),還需要兼顧接觸軌連續(xù)斷口的設(shè)置導(dǎo)致列車(chē)間電氣不連通的情況。結(jié)合廣州地鐵6號(hào)線(xiàn)列車(chē)集電靴的布置情況,其列車(chē)有效取流長(zhǎng)度為lX4-lX1=65.34 m(列車(chē)首尾集電靴X1與X4的間距),同時(shí)也是接觸軌所能允許的最大單斷口長(zhǎng)度,一旦超出這個(gè)長(zhǎng)度,便形成供電盲區(qū),無(wú)法滿(mǎn)足列車(chē)連續(xù)可靠取流,造成列車(chē)整車(chē)失電,使行車(chē)運(yùn)營(yíng)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

此外,集電靴在通過(guò)斷口時(shí),與接觸軌端部彎頭的接觸仍存在一段空當(dāng)區(qū)域,因此還需要考慮集電靴與端部彎頭的始觸點(diǎn)位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算,該位置距離端部彎頭(長(zhǎng)5.2 m,坡度1∶41)末端1.84 m左右,即在設(shè)置了接觸軌斷口的區(qū)域,列車(chē)集電靴通過(guò)斷口時(shí)無(wú)法從接觸軌取流的距離要大于接觸軌斷口設(shè)置的實(shí)際距離[2]。

因此,為避免列車(chē)失電,接觸軌設(shè)置單斷口的最長(zhǎng)距離為65.34 m-1.84 m×2=61.66 m。廣州地鐵采用的鋼鋁復(fù)合接觸軌標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)15 m,即現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)斷軌故障范圍是否超過(guò)4根接觸軌,即60 m。

2.3 應(yīng)急處置方案

在應(yīng)急處置方案中,應(yīng)盡量減少故障設(shè)備的拆裝數(shù)量,力爭(zhēng)用最少的設(shè)備安裝來(lái)確保電客車(chē)恢復(fù)運(yùn)營(yíng),滿(mǎn)足“先通后復(fù)”的應(yīng)急搶修原則。

2.3.1 故障范圍小于等于列車(chē)有效取流長(zhǎng)度

在圖2所示的故障搶修模式下,搶修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,將故障范圍內(nèi)的接觸軌整根拆除,在兩端各安裝1個(gè)端部彎頭即可恢復(fù)運(yùn)營(yíng)通車(chē)。搶修作業(yè)時(shí),從兩端開(kāi)始往中間拆除,以便更快地安裝端部彎頭,節(jié)省搶修時(shí)間。拆除的故障部件直接放置在道床兩側(cè)水溝內(nèi),做好穩(wěn)固措施,避免侵限。待運(yùn)營(yíng)結(jié)束后,再運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)備件至故障點(diǎn),以恢復(fù)接觸軌的正常工作狀態(tài)[3]。

2.3.2 故障范圍大于列車(chē)有效取流長(zhǎng)度

在圖3所示的故障搶修模式下,搶修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算接觸軌故障長(zhǎng)度,超出列車(chē)有效取流長(zhǎng)度的部分采用短接觸軌來(lái)彌補(bǔ),消除供電盲區(qū),然后在兩端安裝端部彎頭,即可恢復(fù)運(yùn)營(yíng)通車(chē)。

圖2 接觸軌斷軌故障搶修方案1

圖3 接觸軌斷軌故障搶修方案2

在圖4所示的故障搶修模式下,在故障兩端各安裝1個(gè)端部彎頭后,還需要在中間增加一處短錨段接觸軌,該錨段與相鄰的接觸軌端部彎頭采用電纜連接導(dǎo)通。在滿(mǎn)足持續(xù)載流量要求的前提下,較正常情況可減少電纜連接數(shù)量。當(dāng)斷軌范圍大大超出列車(chē)有效取流長(zhǎng)度時(shí),宜選擇該方案,以多設(shè)置1處斷口的方式來(lái)避免大量安裝接觸軌,同時(shí)也便于搶修人員全面鋪開(kāi),多點(diǎn)開(kāi)工。需要注意的是,短接觸軌帶來(lái)的連續(xù)斷口容易導(dǎo)致列車(chē)的所有集電靴同時(shí)處于空當(dāng)區(qū)域,無(wú)法與接觸軌完好接觸取流,造成受流盲區(qū)。

圖4 接觸軌斷軌故障搶修方案3

圖5為短錨段接觸軌及斷口長(zhǎng)度計(jì)算圖。由圖5可知,列車(chē)進(jìn)入該故障區(qū)段時(shí),行車(chē)方向第1節(jié)動(dòng)車(chē)的集電靴X1離開(kāi)B區(qū)接觸軌時(shí),集電靴X2與B區(qū)接觸軌完好接觸取流的必要條件為：

L-2a>lX2-lX1

(1)

末節(jié)動(dòng)車(chē)集電靴X4離開(kāi)A區(qū)接觸軌時(shí),集電靴X3與B區(qū)接觸軌完好接觸取流的必要條件為:

y1+2a

(2)

圖5 短錨段接觸軌及斷口長(zhǎng)度計(jì)算圖

同樣地,在集電靴X2離開(kāi)B區(qū)接觸軌時(shí),集電靴X1與C區(qū)接觸軌完好接觸取流的必要條件為：

y2+2a

(3)

集電靴X3離開(kāi)B區(qū)接觸軌時(shí),集電靴X4與B區(qū)完好接觸取流的必要條件為:

L-2a>lX4-lX3

(4)

式(1)～(4)中:

a——接觸軌端部彎頭無(wú)法與集電靴接觸的長(zhǎng)度;

y1、y2——接觸軌間斷口的長(zhǎng)度;

L——短錨段接觸軌長(zhǎng)度。

由以上分析可知,在滿(mǎn)足式(1)或式(2)的條件下,列車(chē)通過(guò)斷口y1時(shí),才能保證列車(chē)至少有1組集電靴能夠從A區(qū)或B區(qū)取流。在滿(mǎn)足式(3)或式(4)的條件下,列車(chē)通過(guò)斷口y2時(shí),才能保證列車(chē)至少有1組集電靴能夠從B區(qū)或C區(qū)取流。因此,故障現(xiàn)場(chǎng)采用搶修方案3時(shí),務(wù)必結(jié)合列車(chē)編組和集電靴的布置方式,計(jì)算中間短錨段接觸軌以及兩端斷口的長(zhǎng)度,避免列車(chē)所有集電靴同時(shí)無(wú)法取流的情況。

在接觸軌出現(xiàn)斷軌故障時(shí),不可避免地會(huì)導(dǎo)致絕緣支架出現(xiàn)扭曲變形、破損斷裂等故障。以“先通后復(fù)”為原則,運(yùn)營(yíng)期間,在處理絕緣支架故障時(shí),應(yīng)盡可能地減少設(shè)備的拆裝。除端部彎頭處的絕緣支架必須恢復(fù)外,其他部分可視具體情況而定。若確認(rèn)支架破損部位不會(huì)侵入行車(chē)限界,并且支架的機(jī)械性能允許,可暫不處理。若支架破損嚴(yán)重或完全斷裂時(shí),并引起接觸軌技術(shù)參數(shù)有較大變化,則須立即進(jìn)行更換處理。在確保接觸軌技術(shù)參數(shù)符合基本行車(chē)要求的前提下,必要時(shí)直線(xiàn)段可隔1個(gè)定位恢復(fù)1個(gè)支架,曲線(xiàn)段可每3個(gè)定位連續(xù)恢復(fù)2個(gè)支架,保證接觸軌達(dá)到基本通車(chē)條件后,立即開(kāi)通運(yùn)營(yíng),可采用降速通過(guò)的模式,待收車(chē)后再完全恢復(fù)。

這種搶修策略,其本質(zhì)都是針對(duì)接觸軌故障范圍設(shè)置臨時(shí)斷口,在斷口處安裝端部彎頭來(lái)引導(dǎo)列車(chē)集電靴通過(guò)故障區(qū)域,將原有的接觸軌雙邊供電方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦Ｇ闆r下的單邊供電方式,以此來(lái)恢復(fù)運(yùn)營(yíng)通車(chē)。由于設(shè)置了新的斷口,2個(gè)端部彎頭處未安裝電連接,2個(gè)不同供電臂的供電末端存在電壓差,列車(chē)通過(guò)時(shí)集電靴與接觸軌間易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象,對(duì)設(shè)備有一定程度的損傷,但不至于影響集電靴與接觸軌系統(tǒng)的受流質(zhì)量,可以滿(mǎn)足行車(chē)安全要求。

3 故障應(yīng)急處置的難點(diǎn)

3.1 大型接觸軌零部件的運(yùn)輸

接觸軌的設(shè)計(jì)和安裝是全剛性的,加之長(zhǎng)度過(guò)大,需要出動(dòng)軌道車(chē)和平板車(chē)來(lái)運(yùn)輸搶修材料,勢(shì)必?cái)U(kuò)大影響面,增加搶修時(shí)間。由于大型搶修物資的運(yùn)輸限制,使其根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)接觸軌供電方式在應(yīng)急搶修情況下的安裝簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于時(shí)間緊急、影響重大而又沒(méi)有冗余功能的突發(fā)性故障處置,合理地配置應(yīng)急備件是提高故障處置效率的關(guān)鍵途徑。在配置接觸軌應(yīng)急備件時(shí),考慮維修服務(wù)承諾修復(fù)時(shí)間,根據(jù)接觸軌故障處置需要,以快速響應(yīng)為原則,對(duì)接觸軌、端部彎頭、膨脹接頭、中間接頭、絕緣支架、底座等零部件按班組駐點(diǎn)、設(shè)備連鎖區(qū)、供電分區(qū)、車(chē)輛段等進(jìn)行配置,配置數(shù)量應(yīng)符合生產(chǎn)實(shí)際情況,做到既能滿(mǎn)足應(yīng)急需要,又不造成閑置浪費(fèi)。

另一方面,在搶修材料的選取上要善于就地取材,若故障范圍內(nèi)沒(méi)有合適的接觸軌備件,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,在行車(chē)中斷區(qū)域內(nèi),距離故障點(diǎn)最近的渡線(xiàn)、折返線(xiàn)、存車(chē)線(xiàn)等輔助線(xiàn),其接觸軌或端部彎頭等設(shè)備可臨時(shí)停用,用以緊急恢復(fù)正線(xiàn)故障設(shè)備。此外,也可考慮將標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)15 m的接觸軌切割成5 m甚至更短的短軌進(jìn)行存放,以化整為零的方式解決大型零部件的運(yùn)輸難題,同時(shí)也方便人工搬運(yùn)至故障點(diǎn)。

3.2 端部彎頭的安裝限制

接觸軌跨距一般為5 m,在端部彎頭處跨距會(huì)相應(yīng)減小,5.2 m高速端部彎頭的2個(gè)絕緣支架間距一般為3.75 m。因此,在采用上述搶修方案時(shí),拆除故障的接觸軌后,需要考慮能否在原有的定位處直接安裝端部彎頭。

根據(jù)接觸軌的安裝跨距要求,正常情況下,端部彎頭需要采用2個(gè)絕緣支架進(jìn)行支撐。因端部彎頭的耐電弧燒損、耐沖擊特性,故要求具有合理的坡度[4]。端部彎頭是根據(jù)適用的縱向坡度采用整體彎曲的方式而制造成型,這種方式使得端部彎頭末端定位處的安裝面變成斜面,導(dǎo)致普通的接觸軌絕緣支架無(wú)法安裝。為使定位處的形狀與普通接觸軌相同,在距離端部掛環(huán)0.864 m的末端定位處焊接一段特制的T型材平直段,長(zhǎng)度為0.5 m,這樣的特殊構(gòu)造使得端部彎頭末端可安裝絕緣支架的位置相當(dāng)局限。

接觸軌跨距一般為5 m,平面布置標(biāo)準(zhǔn)如圖6所示,中間接頭連接位于跨距中部,距兩端絕緣支架2.5 m,當(dāng)拆除某根故障接觸軌時(shí),要在跨距5 m的兩定位處安裝5.2 m端部彎頭,存在一段5 m+2.5 m-5.2+0.864 m=3.164 m的空當(dāng)?？紤]T型材有0.5 m的平直段可安裝端部彎頭末端定位支架,該處需要嵌入一段3 m左右的短接觸軌,通過(guò)中間接頭連接端部彎頭和正常接觸軌?，F(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖如圖7所示。

圖6 接觸軌平面布置標(biāo)準(zhǔn)

圖7 端部彎頭應(yīng)急搶修安裝示意圖

此時(shí),端部彎頭僅采用末端一處絕緣支架進(jìn)行支撐,設(shè)備安裝穩(wěn)定性有所下降。在恢復(fù)運(yùn)營(yíng)后,列車(chē)通過(guò)故障區(qū)段時(shí)必須降速通過(guò),避免對(duì)該端部彎頭造成過(guò)大的振蕩及沖擊。

3.3 支架底座受損處理

底座的標(biāo)準(zhǔn)安裝是在道床或軌枕上通過(guò)打孔安裝錨栓連接固定。在故障現(xiàn)場(chǎng),支架底座可能出現(xiàn)受損的情況,甚至嚴(yán)重變形、斷裂而無(wú)法使用,若在搶修現(xiàn)場(chǎng)打孔重新安裝,將進(jìn)一步影響故障處置效率。

在地下整體道床區(qū)段,定位處打孔安裝膨脹錨栓后,距走行軌軌面連線(xiàn)220 mm且與之平行的平面,采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C20的混凝土抹成一個(gè)安裝平臺(tái),然后安裝支架底座。當(dāng)?shù)鬃鶕p壞無(wú)法使用時(shí),從底座處切割錨栓,拆除受損底座,然后清除混凝土平臺(tái),直接貼著道床面,利用埋在混凝土平臺(tái)中的錨栓來(lái)固定底座,此時(shí)絕緣支架調(diào)節(jié)高度不夠,可參照端部彎頭支架的安裝方法,在底座上安裝一個(gè)墊塊。若故障導(dǎo)致道床面損壞,錨栓整體無(wú)法使用時(shí),視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,在條件允許的情況下減少相應(yīng)定位支撐或延長(zhǎng)斷口設(shè)置,同時(shí)為提升該極端情況下的應(yīng)急效率,可自行研制應(yīng)急搶修底座,直接安裝在鋼軌底面，通過(guò)螺栓連接進(jìn)行固定,其底座水平距離和安裝高度應(yīng)滿(mǎn)足接觸軌運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

4 故障處置的注意事項(xiàng)

(1) 本文所提出的應(yīng)急處置屬臨時(shí)修復(fù),接觸軌仍處于非正常工作狀態(tài),機(jī)械、電氣性能以及設(shè)備安裝穩(wěn)定性有所下降,為確保行車(chē)安全,列車(chē)在通過(guò)故障區(qū)段時(shí)必須降速運(yùn)行,其實(shí)際速度要根據(jù)故障區(qū)段位于正線(xiàn)的位置而定。

(2) 在制定搶修方案時(shí),務(wù)必充分考慮集電靴的布置、集電靴與端部彎頭的接觸空當(dāng)區(qū)域,避免列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中整車(chē)失電,列車(chē)只能依靠慣性通過(guò)斷口,一旦誤停在斷口內(nèi),只能等待救援,從而再次導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)中斷。

(3) 恢復(fù)運(yùn)營(yíng)后,安排人員進(jìn)入司機(jī)室登乘列車(chē)或限速進(jìn)入?yún)^(qū)間觀(guān)察,實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)急處置后的接觸軌系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)判斷故障范圍、指明搶修策略、攻關(guān)應(yīng)急處置難點(diǎn)等內(nèi)容的闡述,初步構(gòu)建了接觸軌故障情況下的應(yīng)急處置框架,進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,開(kāi)展應(yīng)急演練,不斷地優(yōu)化和完善應(yīng)急預(yù)案,確保應(yīng)急處置更具安全性和高效性,從而保障地鐵安全運(yùn)營(yíng)。

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通接觸軌供電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范:CJJ/T 198—2013[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.

[2] 賴(lài)聲鋼.接觸軌系統(tǒng)在道岔區(qū)可能存在列車(chē)失電問(wèn)題的原因分析及解決方案[J].城市軌道交通研究,2015(5):115-119.

[3] 曾斌,曾建.下接觸式接觸軌的應(yīng)急搶修[J].都市快軌交通,2013(5):104-107.

[4] 李峰.直流1 500 V接觸軌端部彎頭的研究[J].城市軌道交通研究,2011(6):83-85.

[5] 黃平.城市軌道交通弓-網(wǎng)及靴-軌關(guān)系故障分析處置[J].城市軌道交通研究,2012(7):64-67.

Emergency Disposal of Contact Rail Failures in Urban Rail Transit

CHEN Xiang

According to the operation characteristics of contact rail system, and the effective length of train current-receiving, the possible contact rail failures are analyzed. Then, the emergency organization and the program implementation are described in detail. On this basis, an emergency response framework in case of the contact rail failures is established preliminarily, it is available to give support to the emergency disposal of similar failures in train operation.

urban rail transit; contact rail; failure; emergency disposal

U 231+.8; U 226.1

10.16037/j.1007-869x.2017.05.035

2016-04-15)