接触轨断口设计分析

赵 雪 吕晶晶 王明飞

（1.中铁二院工程集团有限责任公司，610031，成都；2.成都工业学院，611730，成都∥第一作者，工程师）

1 概述

接触轨受电作为城市轨道交通主要的牵引供电制式之一，广泛应用于国内外城市轨道交通供电系统。接触轨的布置应满足“尽量少断轨，保证连续性”的要求，但在一些特殊区段，不可避免地需要设置断轨（断口）。通常，根据技术功能上的需求，在电分段处、道岔处、人防门／防淹门处，不同供电制式间过渡段（如接触网和接触轨之间的过渡）设置接触轨断轨；根据安全防护上的需求，在平交道口处、车站检修扶梯处、区间疏散平台扶梯处设置接触轨断轨。接触轨断口的存在，对车辆的连续可靠受流会产生一定影响，如何设置接触轨断口，是接触轨设计的重要问题。

接触轨允许的最大断口长度与车辆编组和集电靴配置紧密相关。以GB 50157—2003《地铁设计规范》规定的B1型车为例，通常6辆编组形式为“＝Tc·M·M＝M·M·Tc＝”，其中拖车长度Lt＝19.5m，动车长度Ld＝19m，车辆间间隙0.52m，整列车全长L＝117.6m。车辆固定轴距2.3m，定距12.6m。

目前地铁车辆牵引控制系统采用VVVF（变压－变频）交流传动技术，车辆的所有编组通过母线贯通，同时在直流母线上设置BHB（母线高速断路器）。当车辆运行速度高于5km／h时，BHB处于合闸状态；当车辆运行速度低于5km／h时，BHB自动断开。

以B1型车为例，如每辆动车两侧转向架处共设4个集电靴，整列列车共设有16个集电靴，相邻集电靴间距最长为12.6m，最短为6.92m。对于单断口的接触轨系统（假设断口两端接触轨连续），若车辆的取流要求为至少2集电靴受电，则接触轨断口的最大允许长度应为58.56m，如图1所示。

图1 车辆集电靴设置与接触轨断口示意图

2 道岔区断口

2.1 道岔断轨布置

为保证列车安全通过道岔区段，接触轨需要设置机械分段。断轨布置的原则为：正线（直股）接触轨不能侵入岔线的设备限界，岔线（侧股）接触轨不能侵入正线的设备限界。断轨的具体布置方案主要由道岔区限界加宽要求、线间距大小、道岔型号、道岔转辙机位置等确定，因此，断轨布置需要和限界、线路、轨道、信号等专业进行接口配合。

直股侧理论岔心至顺向过岔方向10～20m范围内（不同线路根据车辆和限界要求有差异）为车辆限界加宽地段，此处一般不设置接触轨。由于接触轨端部弯头无法预弯，因此对于线间距大于3.6m的单开道岔，逆向过岔方向一般在导曲线终点后方可设置短接触轨。单开道岔处接触轨布置见图2。交叉渡线由于交叉侧股间限界有限，原则上无法在侧股设置接触轨。

图2 单开道岔接触轨布置示意图

2.2 问题分析

接触轨系统的断轨设计首先要保证车辆集电靴的有效受流，原则上不能出现受流盲区。道岔区的断轨设计由于工况复杂、控制点较多，往往会出现以下问题：

（1）单断口长度过长，无法满足车辆连续受流。一般而言，接触轨系统最长的断口位于交叉渡线和线间距小于3.6m的单开道岔处。由于侧股处无法设置接触轨，因此道岔侧股的通过路径会出现大断口，以线间距5m的9号道岔为例，侧股通过路径的断轨区至少为62.4m。

（2）断口数量众多、密集，无法满足车辆连续受流。在车场以及部分有折返功能的车站咽喉区，由于道岔数量多、道岔间距离较短，造成接触轨连续断轨，特别是最长单断口位于连续断轨区时，容易出现受流盲区。

2.3 建议措施

（1）对车辆招标提出澄清要求。车辆需采用母线贯通的方式，建议BHB设置为手动断开模式，同时集电靴数量的设置需保证最长断轨处的有效受流，解决单断口长度过长的问题。

（2）对于交叉渡线和线间距小于3.6m的单开道岔，与相邻道岔的配列形式不可为对向配列，如无法避免，需保证理论岔心间距大于45m（间距长度需结合道岔型号和道岔区限界加宽要求确定）。

（3）在不影响功能的前提下，在咽喉区的困难区域处加大连续道岔的间距，增大短接触轨的长度。

（4）研制可预弯的端部弯头，考虑困难情况下在道岔侧股的导曲线设置短接触轨，保证车辆连续受流。

（5）机车上设置动力畜电池，确保在机车失电时可转为动力畜电池短时牵引供电。同时，车辆相关用电设备的选用，应考虑其瞬时失电后寿命折损，需满足使用要求。

3 电分段断口

根据牵引供电系统运行方式，为便于检修、缩小事故范围和实现保护配合，正线接触轨在牵引变电所所在车站设有电分段。接触轨电分段以设置断轨的方式实现，主要有大断口断轨式电分段、小断口断轨式电分段、短轨式电分段等三种方案。

传统的电分段方式一般采用大断口断轨式电分段，如国内早期建设的北京、天津地铁，其断口长度通常大于列车相邻集电靴的最长间距（一般B型车取14m）。对于早期多采用动车之间电气断开的列车，其主要作用为：在正常运行时起到电分段作用；在某一供电臂出现接地故障时，防止动车前后集电靴将接地供电臂和带电供电臂导通而扩大事故范围。目前地铁车辆多采用母线贯通方式，大断口电分段方式一般仅用在车辆运行速度较低的车场内。

小断口式电分段一般用于正线电分段，其主要意义是确保接触轨的连续授电。通常，正线高速弯头长度为5.2m，能够保证集电靴完好接触的平直段长度为0.9m，为保证通过电分段时同一动车前后集电靴至少有1个与接触轨完好接触，则断轨长度L≤12.6m－2×（5.2m－0.9m），即L≤4m。考虑到接触轨伸缩量和冗余系数，小断口长度一般取为3m。

短轨式电分段主要是为了解决电分段断口处车辆连续取流和故障连电的问题。其原理是：在大断口中设置一段短接触轨，短接触轨通过接触器由变电所一路馈线供电，接触器的分合与两路馈线断路器闭锁，既保证了正常供电时车辆的连续取流，又可在某一供电分区故障时通过接触器跳闸将短轨供电切除，使得列车误闯电分段时不会出现“故障连电”。该分段方式的主要缺点是：增加了投资，变电所的联锁关系复杂，断口数量增加降低了接触轨的连续性。

4 其它类断口

4.1 不同牵引供电制式间过渡分段

对于同一线路的不同区段采用不同牵引供电制式的线路，或者两条采用不同牵引供电制式的线路，如果要实现线路的联络共享，都会存在过渡分段的问题，如架空接触网和接触轨系统的过渡。广州地铁4号线正线采用接触轨系统，车辆段采用架空柔性接触网，在出入段线上设置了弓靴转换的过渡段。过渡段的长度、分段方式需要结合车辆通过方式（停车或不停车、断电或不断电）和通过速度、升降弓（靴）模式、线路、轨道、信号，以及车辆相应的感应控制技术等综合研究确定。随着城市轨道交通线网的密集化、共享化以及供电制式的多元化，关于此问题的研究将会进一步开展。

4.2 人防门／防淹门、平交道口处断轨

人防门／防淹门、平交道口处接触轨需设置断轨。断轨的长度根据人防门／防淹门的尺寸和开启方式、平交道口的宽度以及安全距离确定。

IEC 62128—1—2003《Railway applications－Fixed installations－Part 1：Protective provisions relating to electrical safety and earthing》中对平交道口处的安全防护距离有明确的规定，要求接触轨在距离平交道口2m处设置终端以及相应的防护措施（见图3）。因此，平交道口处接触轨断轨长度L应满足：

式中：

b——平交道口宽度，m。

虽然人防门／防淹门处无平交走行的功能，但考虑到人防门／防淹门的日常维护检修，建议此处安全距离按照不小于2m考虑。

4.3 车站检修扶梯、区间疏散平台扶梯处断轨

图3 平交道口处接触轨断轨示意图

对于布置在车站站台侧以及和区间疏散平台布置在同侧的接触轨系统，为保证走行、疏散通道的人身安全，需要设置断轨。如果断口长度允许，接触轨端部弯头端部不宜进入扶梯的范围内（顺线路方向）。

此类断轨主要是由于接触轨布置在站台侧和疏散平台同侧所致。考虑到断轨本身会对接触轨连续性造成影响，因此在设计时应综合各种因素对接触轨布置（即布置在行车方向的左侧或右侧）进行考虑，在满足安全防护的前提下尽量减少此类断轨。

5 结语

接触轨系统断口设计涉及供电、车辆、限界、轨道、信号、建筑、区间结构、人防等专业，设计时需充分考虑各种接口条件和工况，以满足系统可靠性和防护安全性为原则，合理布置接触轨断轨区。随着城市轨道交通的发展，接触轨断口设计会出现新的问题和要求，而新技术、新工艺的涌现也会带来新的思路，对于接触轨系统相关问题的研究有待进一步的深化和完善。

［1］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.

［2］于松伟，杨兴山，韩连详，等.城市轨道交通供电系统设计原理与运用［M］.成都：西南交通大学出版社，2008.

［3］毛建华，李金华.架空接触网与三轨不停车切换过渡的技术探讨［J］.电气化铁道，2004（6）：44.