胡 洋

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司 運(yùn)管中心， 重慶 401120)

針對(duì)重慶坡道大(50‰)，轉(zhuǎn)彎半徑小(正線轉(zhuǎn)彎半徑最小250 m,車場(chǎng)最小轉(zhuǎn)彎半徑150 m)等獨(dú)特的地理環(huán)境，重慶軌道交通研制了介于A型車與B型之間的山地城市A型地鐵列車(以下簡(jiǎn)稱AS車)，該車具有B型車的軸距及車體長(zhǎng)度，A型車的車體寬度，5動(dòng)1拖(6編組)的牽引方案等特點(diǎn)，文中重點(diǎn)對(duì)重慶AS地鐵列車單元內(nèi)采用雙受電弓裝置并聯(lián)受電的設(shè)計(jì)方案、計(jì)算驗(yàn)證以及運(yùn)營(yíng)使用情況進(jìn)行闡述。

1 AS地鐵列車受電弓設(shè)計(jì)

重慶山地城市AS地鐵列車每列分為兩個(gè)單元，每個(gè)單元在Mp車頂配置兩架單臂式雙弓頭受電弓并聯(lián)受電，碳滑板受電能力為20 A/mm，寬度為60 mm，6編組車輛采用“+ Mc-Mp -M +M-Mp -Mc+”5動(dòng)1拖的動(dòng)力組成(圖1)。

圖1 6編組列車示意圖

2 AS車輛單元內(nèi)雙受電弓受流優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用

國(guó)內(nèi)各城市地鐵車輛均采用單元內(nèi)單弓受電，重慶AS地鐵車輛國(guó)內(nèi)首次選用單元內(nèi)雙受電弓并聯(lián)受電方式，主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

2.1 降低碳滑板受流電流，減少碳滑板磨耗，延長(zhǎng)碳滑板使用壽命

GB 50157《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“正線的最大坡度宜采用30‰，困難地段最大坡度可采用35‰”，為適應(yīng)重慶特殊地理環(huán)境要求，AS地鐵列車設(shè)計(jì)爬坡能力為50‰，采用5動(dòng)1拖(6編組)牽引方案，比A型車以及B型車采用4動(dòng)2拖(6編組)的牽引功率提高25%。

6編組AS車全車額定電流2 870 A，平均每臺(tái)受電弓承擔(dān)電流717.5 A，每根碳滑塊通過電流為359 A；A型車全車額定電流為2 400 A，平均每臺(tái)受電弓承擔(dān)的電流為1 200 A左右，每根碳滑塊通過電流為600 A。

在設(shè)計(jì)階段委托第三方對(duì)重慶環(huán)線AS車輛使用的碳滑塊進(jìn)行了900 A、1 200 A電流測(cè)試。當(dāng)電流為900 A時(shí)，滑板溫度穩(wěn)定在230.9 ℃；當(dāng)電流為1 200 A時(shí)，滑板溫度穩(wěn)定在405.4 ℃，由此可見電流對(duì)碳滑板溫度影響較大。

在低壓大電流的條件下,碳滑塊與接觸線之間以短弧放電和火花放電為主,當(dāng)電流增加到300 A以上時(shí),即使沒有出現(xiàn)離線的情況下,接觸副之間也可處于燃弧的狀態(tài)，碳滑塊的磨損量隨電流的增大而增大,電流對(duì)碳滑塊的磨損主要表現(xiàn)為電弧燒蝕和焦耳熱引起的高溫氧化；溫度對(duì)磨損量影響較大，低溫時(shí)以磨粒磨損為主，磨損量較小，高溫時(shí)(200 ℃)以黏著摩損為主，使碳滑板材料摩擦而形成氧化物和熔融層，摩損量較大。

綜上，重慶AS車單元內(nèi)采用雙受電弓后每根碳滑塊通過電流為359 A，電流較小，運(yùn)用時(shí)滑塊溫度較低，磨耗量小。

目前重慶10號(hào)線、5號(hào)線AS車已開通運(yùn)營(yíng)10萬km，碳滑條磨耗量為0.33 mm/萬km，平均使用時(shí)間為45萬km；重慶B型車碳滑條磨耗量為1.2 mm/萬km，平均使用時(shí)間為12萬km。AS車碳滑條使用壽命較B型車有了大幅提高，雖然AS車碳滑條安裝數(shù)量較B型車多1倍，但碳滑條更換數(shù)量仍然降低了50%。

2.2 降低弓網(wǎng)離線對(duì)車輛的影響

當(dāng)車輛行駛時(shí)，受電弓與接觸網(wǎng)間由于觸碰硬點(diǎn)、過分相、接觸網(wǎng)高低變化等原因會(huì)發(fā)生相互脫離，弓網(wǎng)離線后由于電壓擊穿空氣間隙會(huì)產(chǎn)生離線電弧。弓網(wǎng)離線電弧會(huì)降低弓網(wǎng)受流質(zhì)量、產(chǎn)生高次諧波、導(dǎo)致過壓現(xiàn)象的產(chǎn)生、對(duì)整個(gè)牽引供電系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)生影響、加大滑板與接觸網(wǎng)的電磨耗、對(duì)周圍造成電磁干擾，影響信號(hào)傳輸，威脅車輛行車安全。當(dāng)發(fā)生大離線時(shí)，電弧也不能持續(xù)電流通路，此時(shí)必然使車輛喪失牽引力，需要重新啟動(dòng)，影響正線運(yùn)營(yíng)。

受電弓離線一般用最大離線時(shí)間和離線率來衡量離線的大小：離線持續(xù)時(shí)間在 0～10 ms 為小離線；10～100 ms 為中離線；大于 100 ms 為大離線。目前國(guó)內(nèi)外常用于弓網(wǎng)離線的檢測(cè)方法基于3大類：一是檢測(cè)由離線引起的電??；二是測(cè)量受電弓滑板與接觸線之間的接觸壓力；三是測(cè)量接觸線與靜止?fàn)顟B(tài)有關(guān)的動(dòng)態(tài)抬升狀態(tài)。

由于重慶AS車單元內(nèi)雙弓受流屬于國(guó)內(nèi)首次使用，在柔性接觸網(wǎng)區(qū)間行駛時(shí)，當(dāng)受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線高速滑行時(shí)，因彈性的差異將產(chǎn)生弓網(wǎng)振動(dòng)，導(dǎo)致弓網(wǎng)間的接觸壓力持續(xù)變化，重慶AS車單元內(nèi)受電弓安裝于同一節(jié)車，雙弓之間的距離較近，雙受電弓造成的接觸網(wǎng)波動(dòng)是否會(huì)加大弓網(wǎng)離線率，國(guó)內(nèi)尚無經(jīng)驗(yàn)可尋。因此選取重慶環(huán)線沙正街～玉帶山中間的高家花園大橋上柔性接觸網(wǎng)區(qū)段采用直接建模方法進(jìn)行50 km/h、80 km/h、100 km/h、110 km/h受流性能仿真計(jì)算分析,見表1。

表1 柔性接觸網(wǎng)區(qū)間仿真分析數(shù)據(jù)

對(duì)比計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：就接觸壓力而言，表征受流質(zhì)量的變異系數(shù)與行車速度幾乎成正比。從數(shù)值上看，即便行車速度達(dá)到110 km/h，變異系數(shù)也不超過0.3，說明在該工況下，接觸力統(tǒng)計(jì)最小值大于零，不會(huì)出現(xiàn)弓網(wǎng)離線現(xiàn)象。針對(duì)弓頭垂向振動(dòng)加速度，每跨最大加速度均出現(xiàn)在第一根吊弦處，同時(shí)，該點(diǎn)幾乎也是每跨接觸壓力最大值或最小值點(diǎn)。但從全部柔性區(qū)段來看，在各速度等級(jí)條件下，接觸壓力、弓頭抬升位移、弓頭垂向振動(dòng)加速度均滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

2018年11月25日環(huán)線車輛在羅家壩-冉家壩區(qū)間進(jìn)行了受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，最高速度100 km/h下，受電弓弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力最小60 N、最大燃弧時(shí)間48 ms，測(cè)試數(shù)據(jù)優(yōu)良(表2)，單元內(nèi)雙受電弓同時(shí)離線的概率幾乎為零。

重慶5號(hào)、10號(hào)線AS地鐵列車已于2017年底開通運(yùn)營(yíng)，沒有弓網(wǎng)離線問題造成的牽引故障，因此從實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來看，單元內(nèi)雙弓受流可降低弓網(wǎng)離線對(duì)車輛造成的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)際載客運(yùn)營(yíng)情況分析，重慶AS車單元內(nèi)雙弓受流一方面能夠減小碳滑塊通過電流，降低碳滑塊溫度及磨損量，增加碳滑條壽命，減少運(yùn)營(yíng)成本；另一方面單元內(nèi)雙受電弓同時(shí)離線的概率幾乎為零，降低弓網(wǎng)離線對(duì)車輛的影響。

表2 重慶環(huán)線羅家壩-冉家壩區(qū)間受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

由于重慶AS車單元內(nèi)雙弓受流屬國(guó)內(nèi)首次使用，受電弓的穩(wěn)定性以及對(duì)接觸網(wǎng)的壽命影響都還有待考證，后續(xù)將通過試驗(yàn)以及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)上述方面進(jìn)行考證。