故障狀態(tài)下接觸網(wǎng)供電分段設(shè)置方案研究

胡 博

（廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，福建廈門 361001）

1 引言

接觸網(wǎng)是城市軌道交通供電系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)向城市軌道交通電動(dòng)車組提供持續(xù)電能，是供電系統(tǒng)中無(wú)備用的重要設(shè)備。在功能設(shè)計(jì)上，接觸網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)滿足工程運(yùn)營(yíng)初期、近期與遠(yuǎn)期的行車規(guī)劃，安全可靠地向列車提供電能，滿足列車最高運(yùn)行速度的運(yùn)營(yíng)需求。

隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，北京、上海、廣州、南京等地區(qū)的城市軌道交通系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)已初具規(guī)模。通過(guò)對(duì)上述地區(qū)城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的調(diào)研，結(jié)合以往城市軌道交通工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)廈門市軌道交通1號(hào)線工程1 500 V接觸網(wǎng)正線供電分段在設(shè)置中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。根據(jù)行車專業(yè)提供的行車故障狀態(tài)交路運(yùn)行圖，以增加故障狀態(tài)下供電能力靈活性為目標(biāo)，確定該工程接觸網(wǎng)供電分段設(shè)置方案。

2 接觸網(wǎng)供電分段

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在城市軌道交通工程中，接觸網(wǎng)是向城市軌道交通列車提供持續(xù)電能且無(wú)備用的供電設(shè)備，架空接觸網(wǎng)按接觸懸掛的不同，分為柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。

供電分段是通過(guò)在接觸網(wǎng)上架設(shè)特殊的設(shè)備或以不同的結(jié)構(gòu)方式將整個(gè)供電系統(tǒng)分隔成若干個(gè)相互隔離的區(qū)域。

接觸網(wǎng)被供電分段分隔成若干個(gè)相互隔離的供電分區(qū)后，不同供電分區(qū)可以實(shí)現(xiàn)由對(duì)應(yīng)的牽引變電所單獨(dú)供電，供電質(zhì)量得到了保證。與此同時(shí)，若接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，也可將故障范圍盡可能控制在相對(duì)安全的范圍內(nèi)，保障運(yùn)營(yíng)可靠性。

受接觸網(wǎng)安裝處空間條件、安裝形式等要求限制，不同地區(qū)接觸網(wǎng)供電分段安裝形式有所差異，經(jīng)調(diào)研，以下2種安裝方式較為常規(guī)。

2.1 柔性架空接觸網(wǎng)供電分段

柔性架空接觸網(wǎng)供電分段通常采用的安裝形式為分段絕緣器和錨段關(guān)節(jié)。

車輛受電弓與接觸網(wǎng)直接接觸取流，二者關(guān)系密切，相互影響。列車受電弓從柔性架空接觸網(wǎng)分段絕緣器下方滑過(guò)時(shí)，受到自身結(jié)構(gòu)限制，接觸網(wǎng)導(dǎo)線與分段絕緣器安裝連接處存在受力“硬點(diǎn)”，接觸網(wǎng)和受電弓容易發(fā)生離線狀態(tài)，從而產(chǎn)生較為明顯的拉弧現(xiàn)象，對(duì)列車受流質(zhì)量影響較大。因此僅在列車速度較低的場(chǎng)段線路及配線線路使用，如圖1所示。

圖1 柔性架空接觸網(wǎng)分段絕緣器實(shí)施效果

錨段關(guān)節(jié)形式適用于安裝空間較為寬敞的地面和高架區(qū)域的正線線路。這種情況下，2個(gè)相鄰供電分區(qū)的接觸線在供電分段處平行等高架設(shè)，列車受電弓經(jīng)過(guò)供電分段時(shí)，拉弧現(xiàn)象基本上得以消除，從而提升了列車的受流質(zhì)量，如圖2所示。

圖2 柔性架空接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)安裝

2.2 剛性架空接觸網(wǎng)供電分段

剛性架空接觸網(wǎng)供電分段通常采用的安裝形式是分段絕緣器和錨段關(guān)節(jié)。

剛性接觸網(wǎng)分段絕緣器一般安裝于空間狹小、列車速度較低的地下區(qū)段存車線、折返線、渡線等配線線路，具有節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)。受到自身結(jié)構(gòu)限制，接觸網(wǎng)導(dǎo)線與分段絕緣器安裝連接處存在受力“硬點(diǎn)”，接觸網(wǎng)和受電弓容易發(fā)生離線狀態(tài)，從而產(chǎn)生較為明顯的拉弧現(xiàn)象，對(duì)列車受流質(zhì)量影響較大，如圖3所示。

圖3 剛性架空接觸網(wǎng)分段絕緣器實(shí)施效果

地下區(qū)段正線剛性接觸網(wǎng)通常采用絕緣錨段關(guān)節(jié)安裝形式實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)供電分段。錨段關(guān)節(jié)處2條匯流排平行重疊、水平間距300 mm安裝，重疊長(zhǎng)度通常為6.6 m，包含4個(gè)接觸網(wǎng)懸掛點(diǎn)。2個(gè)相鄰供電分區(qū)的接觸線平行等高架設(shè)，類似于柔性接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)形式，列車受電弓經(jīng)過(guò)供電分段時(shí)，拉弧現(xiàn)象基本上得以消除，從而提升了列車的受流質(zhì)量，如圖4所示。

圖4 剛性架空接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)實(shí)施效果

3 錨段關(guān)節(jié)形式供電分段設(shè)置位置分析

GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第15.3.4條對(duì)供電分段的設(shè)置位置進(jìn)行了規(guī)定，接觸網(wǎng)的供電分段應(yīng)設(shè)在下列位置：①對(duì)于車站牽引變電所，設(shè)在列車進(jìn)站端；② 對(duì)于區(qū)間牽引變電所，設(shè)在變電所直流電纜出口處；③配線與正線的銜接處；④車輛基地各電化庫(kù)入口處。

按規(guī)定，地鐵列車需靠右側(cè)行駛，由于線路節(jié)能坡的設(shè)計(jì)要求，列車惰行區(qū)段一般為車站列車進(jìn)站端。通過(guò)對(duì)北京、上海、南京等地區(qū)地鐵運(yùn)營(yíng)情況的調(diào)研，錨段關(guān)節(jié)形式供電分段若設(shè)置在列車出站端，受電弓通過(guò)關(guān)節(jié)時(shí)，接觸線磨耗相對(duì)較大。主要原因是出站列車受電弓從下方滑過(guò)接觸網(wǎng)供電分段時(shí)，較大的列車啟動(dòng)電流導(dǎo)致了接觸線的損傷。

因此，按照地鐵運(yùn)行習(xí)慣及GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，為改善弓網(wǎng)磨耗關(guān)系，針對(duì)有牽引變電所的車站，將供電分段設(shè)置在列車進(jìn)站側(cè)。

4 故障狀態(tài)下接觸網(wǎng)供電分段方案

接觸網(wǎng)系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的保障功能對(duì)接觸網(wǎng)供電分段設(shè)計(jì)方案提出了更高的要求。

通過(guò)對(duì)北京、上海、南京等地區(qū)地鐵運(yùn)營(yíng)后故障進(jìn)行梳理及分析可知，由于供電分段正線僅設(shè)置在牽引變電所車站的兩端，接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)造成若干車站及區(qū)間車輛無(wú)法運(yùn)營(yíng)，例如廈門地鐵文灶站發(fā)生故障，將軍祠站—湖濱東路站3個(gè)車站都會(huì)受到影響。

為解決此類問(wèn)題，增加運(yùn)營(yíng)組織的靈活性，加強(qiáng)非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的供電能力，結(jié)合本工程停車線和折返線多位于牽引變電所所在車站的特點(diǎn)，應(yīng)在一些可能對(duì)降級(jí)運(yùn)行方式產(chǎn)生較大影響的輔助配線區(qū)段，選擇適當(dāng)位置設(shè)置供電分段和隔離開關(guān)。這樣，當(dāng)停車線或折返線鄰接的2個(gè)供電分區(qū)中有部分區(qū)段出現(xiàn)事故時(shí)，能夠隔離事故區(qū)域，繼續(xù)發(fā)揮輔助配線的臨時(shí)折返或轉(zhuǎn)線運(yùn)行功能，延長(zhǎng)服務(wù)區(qū)間，提高降級(jí)運(yùn)行模式下的運(yùn)輸效率；保證列車可通過(guò)車站進(jìn)行折返，組織臨時(shí)小交路運(yùn)營(yíng)，將事故范圍控制在盡可能小的范圍內(nèi)，最大限度的保證服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)安全、可靠運(yùn)營(yíng)。

圖5為行車專業(yè)提供的故障狀態(tài)行車交路運(yùn)行圖，根據(jù)圖5，本線可靈活設(shè)計(jì)以下5種供電分段方案。

圖5 行車故障狀態(tài)交路運(yùn)行圖

（1）方案1。在文灶站—湖濱東路站區(qū)間左線新增1處接觸網(wǎng)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)。當(dāng)文灶站發(fā)生故障時(shí)，湖濱東路站—巖內(nèi)站可以形成獨(dú)立的小交路運(yùn)營(yíng)，如圖6所示。

圖6 文灶站設(shè)置左線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)供電示意圖

（2）方案2。在呂厝站—烏石浦站區(qū)間左、右線各新增1處接觸網(wǎng)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)。當(dāng)烏石浦站發(fā)生故障時(shí)，鎮(zhèn)海路站—呂厝站和殿前站—巖內(nèi)站可以形成各自的小交路運(yùn)營(yíng)，如圖7所示。

圖7 烏石浦站設(shè)置左、右線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)供電示意圖

（3）方案3。在殿前站—高崎站區(qū)間左、右線各新增1處接觸網(wǎng)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)。當(dāng)?shù)钋罢景l(fā)生故障時(shí)，鎮(zhèn)海路站—火炬園站和集美學(xué)村站—巖內(nèi)站可以形成各自的小交路運(yùn)營(yíng)，如圖8所示。

圖8 殿前站設(shè)置左、右線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)供電示意圖

（4）方案4。在官任站—誠(chéng)毅廣場(chǎng)站區(qū)間左、右線各新增1處接觸網(wǎng)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)。當(dāng)誠(chéng)毅廣場(chǎng)站發(fā)生故障，鎮(zhèn)海路站—官任站和天水路站—巖內(nèi)站可以形成各自的小交路運(yùn)營(yíng)，如圖9所示。

圖9 誠(chéng)毅廣場(chǎng)站設(shè)置左、右線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)供電示意圖

（5）方案5。在集美大道站—天水路站區(qū)間左線新增1處接觸網(wǎng)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)、接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)。當(dāng)天水路站發(fā)生故障時(shí)，鎮(zhèn)海路站—集美大道路站可以形成獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的小交路，如圖10所示。

圖10 天水路站設(shè)置左線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)供電示意圖

經(jīng)過(guò)和線路、行車、總體、設(shè)計(jì)監(jiān)理的多次討論，一致認(rèn)為在線路故障運(yùn)行交路的基礎(chǔ)上，充分利用配線功能，形成部分交路，使得故障狀態(tài)下接觸網(wǎng)具有更多的供電分段方案，增加供電的靈活性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以廈門市軌道交通1號(hào)線工程為例，結(jié)合工程實(shí)際，提出了故障狀態(tài)下接觸網(wǎng)供電分段的設(shè)置方案，其他類似工程線路可以此作參考和借鑒。

結(jié)合故障狀態(tài)下的行車交路運(yùn)行圖，設(shè)置相應(yīng)的供電分段。當(dāng)部分車站或接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，仍能夠保證城市軌道交通車輛以小交路形式運(yùn)行，減少故障對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的影響，提高了城市軌道交通降級(jí)運(yùn)行模式下的運(yùn)營(yíng)保障功能，在一定程度上提升了旅客的出行體驗(yàn)。