王生華

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司，200235，上海//高級工程師）

上海軌道交通9號線弓網(wǎng)沖突原因分析及應(yīng)對措施

王生華

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司，200235，上海//高級工程師）

介紹了上海軌道交通9號線列車弓網(wǎng)沖突事件的調(diào)查經(jīng)過，結(jié)合站臺視頻監(jiān)控、供電電力監(jiān)控、信號自動(dòng)監(jiān)控等系統(tǒng)，以及列車事件記錄等信息，對故障發(fā)生時(shí)的時(shí)間、列車位置、網(wǎng)壓等信息進(jìn)行了分析，確定了接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)熔斷事件發(fā)生的特定條件以及弓網(wǎng)沖突故障發(fā)生的主要原因，對于接觸網(wǎng)采用錨段關(guān)節(jié)銜接方式的軌道交通線路，提出了防止弓網(wǎng)沖突事件發(fā)生的應(yīng)對措施。

城市軌道交通；錨段關(guān)節(jié)；弓網(wǎng)沖突；應(yīng)對措施

接觸網(wǎng)是城市軌道交通的主要供電設(shè)備，列車通過受電弓碳滑板與接觸網(wǎng)之間的滑動(dòng)獲得電能。為了增加供電的靈活性，接觸網(wǎng)每隔一段距離便進(jìn)行分隔，錨段關(guān)節(jié)是接觸網(wǎng)常用的分隔方式之一，其結(jié)構(gòu)如圖1。列車運(yùn)行時(shí)由于弓網(wǎng)之間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不可避免地會(huì)對接觸網(wǎng)造成損傷，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)發(fā)生改變，甚至造成行車故障［1-3］。

弓網(wǎng)關(guān)系是一種動(dòng)態(tài)關(guān)系，弓網(wǎng)故障也是一種關(guān)系故障，兩者之間的關(guān)系比較復(fù)雜，互為影響。弓網(wǎng)故障既可能是接觸網(wǎng)狀態(tài)不良，也可能是由于列車受電弓狀態(tài)不良導(dǎo)致［4］。因此，根據(jù)發(fā)生故障的具體信息，對弓網(wǎng)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行具體分析，提出行之有效的預(yù)防措施，防范類似故障再次發(fā)生就顯得尤為重要。

圖1 錨段關(guān)節(jié)

1 故障事件

2017年4月14日，運(yùn)營早高峰期間，上海軌道交通9號線917號列車行駛在松江大學(xué)城站至佘山站上行區(qū)段時(shí)發(fā)生觸網(wǎng)失電。站務(wù)人員發(fā)現(xiàn)洞涇上行進(jìn)站方向917號列車在進(jìn)站前停車，停車位置距站臺端部約100 m，車頂受電弓處有冒火星現(xiàn)象?？傉{(diào)接到信息后立即發(fā)布搶修命令，COCC（線網(wǎng)指揮中心）啟動(dòng)五級預(yù)警。

供電和車輛搶修人員隨后趕到現(xiàn)場，登頂后發(fā)現(xiàn)洞涇上行方向第一架受電弓處于升弓姿態(tài)，弓頭與主體框架已經(jīng)脫離，弓頭落于受電弓平臺處，碳棒斷裂且有明顯過熱燒灼痕跡，受電弓羊角及車頂部分位置均有不同程度的灼傷痕跡，見圖2。列車第二架受電弓狀態(tài)完好。

通過對接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，上行進(jìn)站處接觸線有兩處發(fā)生斷線，一處為138定位點(diǎn)至140定位點(diǎn)之間非工作支出現(xiàn)單線斷線，斷口有明顯熔灼痕跡；另一處為140定位點(diǎn)至142定位點(diǎn)之間的工作支發(fā)生雙線斷線故障，見圖3。

2 原因分析

917號列車當(dāng)天是從松江新城站存車線駛出，計(jì)劃正線加車，未載客，ATP（列車自動(dòng)保護(hù)）模式下手動(dòng)駕駛。司機(jī)在進(jìn)洞涇站之前，發(fā)現(xiàn)前方洞涇站站臺內(nèi)列車尚未駛離，故采取臨時(shí)停車，未發(fā)現(xiàn)異常。之后又向前移動(dòng)3次，直至列車不能動(dòng)車。

圖2 故障時(shí)受電弓狀態(tài)

圖3 接觸網(wǎng)斷線實(shí)圖

為查找弓網(wǎng)沖突的原因，車輛和供電技術(shù)人員在運(yùn)營結(jié)束后對故障點(diǎn)及現(xiàn)場再次進(jìn)行了確認(rèn)。結(jié)合車輛運(yùn)行記錄、信號ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）記錄、供電SCADA（數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控）記錄、接觸網(wǎng)和受電弓損壞情況、車站在線視頻記錄、現(xiàn)場檢查情況和設(shè)備日常維保記錄等信息，對917號列車發(fā)生故障時(shí)的情形進(jìn)行還原分析，分析故障產(chǎn)生的成因。

2.1 現(xiàn)場勘查

列車救援回庫后，檢修人員對車輛進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)車頂受電弓安裝區(qū)域、空調(diào)蓋板及車門門框側(cè)面等處有不同程度的放電痕跡，見圖4。行進(jìn)方向的第一架受電弓兩根碳棒均斷裂，羊角部位有電蝕凹坑，弓背位置有一處燒灼穿孔，見圖5。

圖4 車門門框側(cè)部電腐蝕

圖5 弓背燒灼穿孔

檢修人員在運(yùn)營結(jié)束后，再次至事發(fā)現(xiàn)場進(jìn)行勘查及檢測：接觸網(wǎng)雙點(diǎn)斷線位置距離洞涇車站中心約194 m。接觸網(wǎng)單點(diǎn)斷線位置距離洞涇車站中心約245 m，斷線位置正好是列車故障時(shí)停車位置，該點(diǎn)恰好是接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)區(qū)域。

2.2 視頻監(jiān)控

查看917號列車發(fā)生故障前經(jīng)過松江大學(xué)城站時(shí)站臺錄像，視頻顯示：列車在進(jìn)入站臺及駛出站臺時(shí)，列車正常牽引，受電弓姿態(tài)正常，表明列車駛出松江大學(xué)城站時(shí)受電弓正常。

2.3 故障時(shí)間分析

調(diào)取供電SCADA記錄，917號列車在松江大學(xué)城站-洞涇站運(yùn)行時(shí)，區(qū)間接觸網(wǎng)共發(fā)生4次跳閘事件，見圖6。

根據(jù)917號車事件記錄儀數(shù)據(jù)及供電SCADA記錄，列車由松江大學(xué)城站至洞涇站故障運(yùn)行期間，出現(xiàn)了4次斷電2次動(dòng)車，見圖7。斷電時(shí)間與接觸網(wǎng)跳閘時(shí)間相吻合，且第一次跳閘時(shí)列車處于靜止?fàn)顟B(tài)。

2.4 故障位置分析

結(jié)合ATS數(shù)據(jù)記錄和917號車事件儀數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算，列車位置信息如圖所示8。

2.5 網(wǎng)壓分析

通過對列車運(yùn)行時(shí)間、列車位置和接觸網(wǎng)位置信息分析可知，917號列車運(yùn)行期間曾在區(qū)間內(nèi)停運(yùn)3次，第一次停運(yùn)位置恰好在兩個(gè)供電區(qū)間絕緣錨段關(guān)節(jié)處。

圖6 接觸網(wǎng)得、失電信息

圖7 列車運(yùn)行時(shí)間信息

圖8 列車位置信息

調(diào)取當(dāng)時(shí)的運(yùn)營圖，分別讀取917號列車和925號列車的網(wǎng)壓數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：兩列列車網(wǎng)壓持續(xù)存在；925號列車起動(dòng)后，其所在的供電分區(qū)網(wǎng)壓下降，與917號列車所在的供電分區(qū)網(wǎng)壓差加大，壓差約52.82 V（最高68.7 V），見圖9。

圖9 列車電壓記錄

2.6 弓網(wǎng)沖突原因

經(jīng)過對917號列車視頻監(jiān)控、運(yùn)行時(shí)間、列車位置、網(wǎng)壓等信息的分析可知，該列車在松江大學(xué)城站駛出時(shí)，列車運(yùn)行狀態(tài)正常，受電弓工作姿態(tài)正常。運(yùn)行在松江大學(xué)城站至洞涇站區(qū)間內(nèi)時(shí)，917號列車因前車未駛離站臺而采取了區(qū)間內(nèi)臨時(shí)停車。

917號列車第一次動(dòng)車87.5 m后，列車中心線距離洞涇站中心位置245 m，此時(shí)，列車的第一架受電弓恰好位于絕緣錨段關(guān)節(jié)位置并短接兩個(gè)供電分區(qū)。在917號列車停車的23 s期間，925號列車起動(dòng)，其所在的供電分區(qū)網(wǎng)壓下降，錨段關(guān)節(jié)連接的兩個(gè)供電分區(qū)壓差增大，造成兩列列車間的網(wǎng)壓持續(xù)存在約52.82 V的電壓差；受電弓碳滑塊短接、接觸網(wǎng)非工作支虛接，因此，區(qū)部發(fā)熱，造成接觸網(wǎng)單線熔斷，見圖10。熔斷后的非工作支接觸網(wǎng)下垂導(dǎo)致第一次跳閘。

圖10 觸網(wǎng)單線熔斷分析

接觸網(wǎng)熔斷的單線未永久接地，列車第二次移動(dòng)過程中，墜落的單線再次接地，接觸網(wǎng)跳閘，列車迫停。隨后合閘成功，列車第三次起動(dòng)，將接觸網(wǎng)工作支雙線拉斷，接觸網(wǎng)跳閘，列車停車后不能起動(dòng)。

2.7 錨段關(guān)節(jié)的影響

錨段關(guān)節(jié)是接觸網(wǎng)通常采用的分隔形式之一，在國內(nèi)外的軌道交通中被廣泛應(yīng)用。因錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)局限和技術(shù)參數(shù)控制不當(dāng)?shù)纫蛩?，易造成受電弓與非工作支、分?jǐn)嘟^緣子碰觸、脫弓、鉆弓等問題，除此之外，在特定工況下，如高密度行車、區(qū)間內(nèi)停車、受電弓處于錨段關(guān)節(jié)區(qū)域、兩個(gè)供電分區(qū)存在較大網(wǎng)壓差等，會(huì)造成接觸網(wǎng)線索熔斷故障。

通過調(diào)查國內(nèi)外接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外多個(gè)城市的軌道交通在正線和車輛段內(nèi)都曾發(fā)生過接觸網(wǎng)線索熔斷事件。據(jù)悉，杭港地鐵為了降低錨段區(qū)間內(nèi)的弓網(wǎng)故障，借鑒香港地鐵的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，采用了在軌道旁設(shè)置禁停指示牌的措施，以避免列車停車時(shí)受電弓落入錨段關(guān)節(jié)處。

3 應(yīng)對措施

基于上海軌道交通9號線弓網(wǎng)沖突故障原因，結(jié)合其它城市的類似經(jīng)驗(yàn)，對于接觸網(wǎng)采用錨段關(guān)節(jié)銜接方式的軌道交通線路，可采取下列措施應(yīng)對弓網(wǎng)沖突事件。

（1）加大錨段關(guān)節(jié)的檢修力度。制定詳細(xì)、可行的錨段關(guān)節(jié)檢修規(guī)程，重點(diǎn)檢查承力索、接觸網(wǎng)線的磨耗，電連接損傷痕跡。對故障隱患進(jìn)行故障排摸和評估，及時(shí)消除隱患。該措施的優(yōu)勢是能夠減少接觸網(wǎng)發(fā)生熔斷的概率，缺點(diǎn)是不能從根本是消除隱患。

（2）修訂行車規(guī)定。列車在ATO（列車自動(dòng)運(yùn)行）、UTO（全自動(dòng)無人駕駛）模式下，通過信號系統(tǒng)（CBTC（基于通信的列車控制）線路）移動(dòng)授權(quán)設(shè)置禁停區(qū)段，禁止在錨段關(guān)節(jié)區(qū)段停車。列車在ATP手動(dòng)駕駛模式或切除ATP的人工駕駛模式下，在軌道旁的錨段關(guān)節(jié)區(qū)段設(shè)置禁停標(biāo)識，正常情況下不得在該區(qū)段內(nèi)停車。該措施能大大降低熔斷接觸網(wǎng)的概率，但不能避免緊急制動(dòng)等非正常停車造成故障的可能性。非CBTC線路需進(jìn)一步研究解決方案。

（3）列車安裝自動(dòng)落單弓裝置。在軌旁錨段關(guān)節(jié)禁停區(qū)段的兩端安裝射頻標(biāo)簽（RFID），列車上安裝應(yīng)答器。列車經(jīng)停該區(qū)段時(shí)自動(dòng)計(jì)算受電弓位置，若受電弓處于錨段關(guān)節(jié)處，該受電弓自動(dòng)落弓，列車駛離該區(qū)段后自動(dòng)升弓，繼續(xù)正常行駛。另一個(gè)方案是利用車載信號系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車定位，并觸發(fā)列車自動(dòng)落單弓功能，列車控制系統(tǒng)只需進(jìn)行相應(yīng)更改。該措施基本可消除熔斷接觸網(wǎng)故障。但列車改造范圍較大，并涉及到列車控制系統(tǒng)，老舊車輛的改造難度更大，同時(shí)增加了新的維修項(xiàng)點(diǎn)。該措施是一個(gè)較可行的方案，目前尚沒有應(yīng)用案例。

4 結(jié)語

通過上述分析可知，上海軌道交通9號線的弓網(wǎng)沖突是一起特定工況下（行車密度高、列車堆積、停車在特殊區(qū)域）發(fā)生的事件，該事件的處理方案對于軌道交通線路設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理、設(shè)備檢修都有一定的借鑒意義。

對于接觸網(wǎng)采用錨段關(guān)節(jié)銜接的軌道交通線路，采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，可以減少或避免類似事件的再次發(fā)生。

［1］ 關(guān)金發(fā)，吳積欽.城市軌道交通弓網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與建議［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2016，60（1）：144.

［2］ 王萬崗，吳廣寧，高國強(qiáng)，等.高速鐵路弓網(wǎng)電弧試驗(yàn)系統(tǒng)［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2012，34（4）：22.

［3］ 王英，劉志剛，范福強(qiáng)，等.弓網(wǎng)電弧模型及其電氣特性的研究進(jìn)展［J］.2013，35（8）：35.

［4］ 郝思偉.弓網(wǎng)故障的原因分析及預(yù)防措施［J］.中國水運(yùn)，2007，7（8）：42.

Analysis of Pantograph/Catenary Conflict and Countermeasures for Shanghai Rail Transit Line 9

WANG Shenghua

The investigation process of pantograph/catenary conflict for Shanghai rail transit Line 9 is described.Combined with the platform video，power supply SCADA(supervisory control and data acquisition)，signal ATS，train data records and other information，the time of the failure，location of the train and different voltages of the catenary are analyzed.Finally，the melt down of catenary anchor joint is detected as the main reason for the failure of the pantograph/catenary conflict.Corresponding measures are put forward for the lines with catenary that uses anchor joint.

urban rail transit； anchor joint； pantograph/catenary conflict；countermeasures

Author′saddress ShanghaiRailTransitMaintenance Support Co.，Ltd.，200235，Shanghai，China

U226.8+1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.014

2017-08-16）