重庆跨坐式单轨交通整体夹持T型汇流排的研究

2013-09-25徐才兵宁家富车宇哲

城市轨道交通研究 2013年2期

徐才兵宁家富车宇哲

（中铁电气化局集团有限公司，100036，北京∥第一作者，工程师）

重庆市在较新线工程中率先采用跨坐式单轨交通技术，为国内首创。该线一期工程于2004年6月28日开通试运行以来，单轨跨坐式供电系统及接触网系统运营良好。跨坐式单轨接触网受流模式是一种全新的城市轨道交通接触网受流模式。T型汇流排用于跨坐式单轨接触网系统，是该系统主要载流元件，除正极受流接触网外，设置专门的负极回流接触网（回流轨）。该接触网的接触受流面相对轨道粱侧面向外，受电弓相对轨道粱侧面向内与接触网接触线摩擦受流，电压等级为直流1 500V。

1 原有汇流排存在的问题

随着重庆较新线一期、二期的建设以及开通运营，原有T型汇流排的缺点也暴露出来。

（1）接触电阻逐步增大，载流功能逐步降低。由于原接触网系统中T型汇流排采用与之分离的夹板与接触线固定，T型汇流排与夹板之间、夹板与接触线之间难免存在间隙，造成接触电阻增大，并且存在长期氧化和电腐蚀的情况。现场检测数据详见表1。

表1 接触电阻现场检测数据 Ω／m

（2）汇流排连接安装施工效率较低，不能满足轨道交通建设提速要求。原T型汇流排采用焊接方式连接，劳动强度大，施工难度高，安装效率低，对焊接后的电气、机械性能要求严格；其施工工艺较为复杂，共分为坡口加工→焊前处理→初焊→打磨→校直→补焊→焊后外观检验→焊后无损探伤等8道施工工序，造成焊接效率较低。经统计分析，每组（6人）熟练的焊接工人，平均每天才能完成约6～8个焊接成品。

（3）如果运营过程中发生接触网破坏性故障（自然灾害或人为破坏）时，应急救援人员需对损坏的汇流排进行拆除后重新安装并焊接，所需抢修时间较长，造成的社会影响较大。

2 新汇流排研究方向

根据对原T型汇流排存在的问题进行分析，确定了新汇流排的研究方向；从改善跨坐式单轨接触网系统的取流（回流）质量、提高汇流排之间连接的施工效率等方面进行思考。

2.1 提高整体接触网导电性能

减小或消除原T型汇流排与夹板之间、夹板与接触线之间存在的间隙，降低可消除接触电阻，改善三者之间存在的氧化和电腐蚀等情况。

在不改变原汇流排固定点处尺寸的情况下尽量增加本体的截面积，使其从原来的1 439mm2增加至1 594mm2。由于增加了汇流排的截面积，从而可以有效地降低汇流排的本体电阻，增加其接触网的导电性能，以增大载流量，满足远期编组需求。

同时，要保持新型的汇流排与原有系统的零部件100%兼容性，使新线与既有线完全匹配，可以无条件互换。

2.2 提高施工安装效率

在保证系统整体安装质量和性能参数的情况下，优化汇流排之间的连接，提高施工过程中的安装效率。同时达到缩短运营过程中发生破坏性故障时接触网更换恢复的时间，缩小故障造成的社会影响。

2.3 形成完全的自主知识产权，提高轨道交通新技术的应用水平

采用新型汇流排可以形成具有完全自主知识产权的技术和产品，填补国内在这一领域的空白，有效地减少施工机具和提高施工人员的工作效率，为降低我国轨道交通工程造价和运营成本，提高我国轨道交通新技术的应用水平奠定基础。新旧汇流排样式对比见图1。

图1 新旧汇流排样式

3 研究过程

3.1 技术参数的确定

通过对原有汇流排存在的问题进行详细的分析，并确定了具体的改进方向后，最终确定了将原汇流排改进为整体夹持T型汇流排，原焊接方式采用T型板联接方式进行安装。

整体夹持T型汇流排的技术参数如下：①合金牌号及状态，6101BT6；②持续载流量≥2 200A。

3.2 图纸的确定

为确保原汇流排相关附件均能正常使用，在不突破原有车辆限界和满足载流量的情况下，合理确定汇流排截面及其它相关技术要求。整体夹持T型汇流排采用原T型汇流排与夹板整体熔铸，一次挤压成型，截面积为1 594mm2；中间采用微缝，利用其本身的弹性变型以解决接触线安装；同时增大汇流排本身的散热面积，提高其截流能力。采用整体夹持方式消除了原T型汇流排与夹板之间由于氧化和腐蚀增大接触电阻问题，且原有的绝缘子、汇流排压板、分段绝缘器等相关元器件均无需改动。其截面图如图2所示。

图2 汇流排本体截面图

将原汇流排之间的焊接方式改为采用联接板安装的方式进行安装，连接螺栓采用专业的哈克锚栓进行铆接，确保铆接质量满足汇流排电气及机械性能要求，联接板截面形状如图3。

图3 汇流排连接板截面图

3.3 加工制造工艺

确定整体夹持T型汇流排按以下工艺流程执行。

（1）汇流排本体：配料→熔炼→铸造→锯切→铣皮→均热处理→挤压→角度精整→定尺→时效处理→清理→半成品→检验。

（2）电联接板：配料→熔炼→铸造→锯切→铣皮→均热处理→挤压→型材→时效处理→清理→半成品→检验。

（3）深加工：检验合格的汇流排本体和电联接板按图纸要求钻孔→弯曲（铣面）→打标记→清洗→检验→包装→成品→出库。

原有汇流排本体使用的材料牌号为6063的铝型材，材料的热处理状态为T5；接触线线夹使用的材料牌号同为6063铝型材，材料的热处理状态为T6。为了提高产品的性能，整体夹持T型汇流排及电联接板选用材质牌号为6101B的铝型材，材料的热处理状态为T6。产品性能及尺寸公差分别符合GB／T 6892—2006《一般工业用铝及铝合金热挤压型材》、GB／T 14846—2008《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》的高精级要求。

以上各种材料的加工成品均通过了国家认证机构的电气性能试验和力学性能试验，各项试验指标均达到要求。

3.4 现场安装

为了验证整体夹持T型汇流排的现场实际安装、运行效果，以及与原T型汇流排的兼容效果，在重庆轨道交通3号线一期两路口至观音桥区段右线安装了原T型汇流排，观音桥至郑家院子区间右线安装了整体夹持T型汇流排，两者进行对比。后者自送电调试以来，接触网运行状态良好，车辆取流稳定，弓网关系配合良好，未出现任何碰弓、打弓现象，取得了良好的效果。新旧汇流排现场应用对比详见表2。