侧移式活动接触网技术在电力机车整备及检修作业中的应用研究

2014-11-27丁莉

铁道标准设计 2014年1期

丁莉

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处，天津 300142)

1 概述

2004年我国首条客运专线——秦沈客运专线开通运行，作为首条客运专线动车组运用检修设施——皇姑屯动车运用所承担了“中华之星”、“先锋”号动车组的运用检修作业。2001年铁三院机环处机辆所在借鉴国外先进技术的基础上，开始研究侧移式活动接触网技术，2002年完成了部级科研报告，经历了调研、设计、试制、应用等研发过程，与北京铁道所联合于2006年6月设计、研制出侧移式活动接触网系统设备，成功的应用于皇姑屯动车运用所临修库至今，首次实现了对动车组整列镟修、更换转向架而无需解体的动态临修作业。从运用实际看，动车组的镟轮工作频繁、量大，侧移式活动接触网系统设备对于动车组连续安全高效的不落轮镟修作业具有很好的辅助作用，大大提高了动车组的运用效率。

侧移式活动接触网系统设备是专用于动车运用所临修库临修作业的配套设备，具有自动控制、状态显示、过载保护、安全联锁功能，可通过PLC控制侧移式活动接触网的摆动，并与隔离开关、库大门、起重机、信号灯进行联锁，动车组由司机自行牵引进入临修位进行临修作业。该系统设备中的铁道侧移式刚性活动接触电网2009年3月获得国家知识产权局颁发的实用新型专利证书。

2 侧移式活动接触网技术与设备研究

根据检修工艺、工艺布局要求，研究侧移式活动接触网技术与设备首次在皇姑屯动车运用所临修作业中的实际应用。

(1)检修工艺要求

临修库的检修工艺内容是整列动车组进库进行不落轮镟修和转向架更换。进行临修作业时要求隔断电网，在非临修作业时要求动车组自行受电进出库。

(2)临修库布局要求

临修库轴线48 m×12 m，库内设计股道1条，股道中心线距库轴线4.5 m，股道上依次设有镟轮与更换转向架工位;库内设进出库大门各1扇，20/5 t起重机1台，走行轨顶设计高程9 m，红外辐射采暖1套，设计标高6.0 m，侧移式活动接触网系统设备设在临修库内南侧墙，接触网标高5.3 m，满足整个动车运用所接触网网络统一设计值要求。如图1所示。

图1 临修库侧移式活动接触网布置(单位:mm)

(3)侧移式活动接触网系统设备组成

侧移式活动接触网系统设备是由刚性接触网系统、电气联锁控制系统、高压引入系统、安全接地系统等四大部分构成。刚性接触网系统包括固定刚性接触网、活动刚性接触网，电气联锁控制系统包括PLC控制器及软件、控制台;高压引入系统包括电连接线、电连接装置;安全接地系统包括接地线、接地装置。如图2所示。

(4)侧移式活动接触网设置原则

①设置长度及分段满足工艺及库长设计要求。

②分段结构满足整体刚性要求。

③整体运行满足平稳性要求。

④尽量缩短不必要的非检修作业时间。

⑤设备结构与操作满足安装方便、操作简单、使用安全要求。

(5)侧移式活动接触网工作原理

当动车组要动车，也就是活动接触网在工作状态，活动接触网依次移动到股道中心，与库两端的电连接接通，动车组通过活动接触网自行受电动车;当动车组不动车，也就是活动接触网在非工作状态，活动接触网依次移动到股道(起重机限界)外，断开库两端的电网，动车组进行临修作业。

(6)系统及临修作业流程(图3)

①初始位

隔离开关断开到位;起重机在初始位;活动接触网摆到非工作位(即起重机限界外);按下初始位按钮，库外入库信号机显示红灯，库内LED显示屏显示“禁止作业”。

②进车位

起重机在初始位并锁定;不落轮镟设备及转向架更换设备移动轨道在行车位;大门打开到位并锁定;活动接触网摆到工作位(即股道中心);黄色灯警示30 s后，闭合隔离开关，按下进车位按钮，库外入库信号机白灯亮，库内LED显示屏显示“禁止作业”，动车组可以入库。

③镟轮位

动车组入库并定位在不落轮镟车床工作位;降下受电弓;断开隔离开关;活动接触网摆到非工作位，按下镟轮位按钮，库外入库信号机红灯亮，库内LED显示屏显示“允许作业”，动车组可以进行镟轮作业。

④转向架位

活动接触网摆到工作位;黄灯警示30 s后，闭合隔离开关;库内LED显示屏显示“禁止作业”。动车组升弓运行到更换转向架工作位。动车组降下受电弓，断开隔离开关;活动接触网旋回非工作位;起重机解锁。按下转向架位按钮，库外信号机红灯亮，库内LED显示屏显示“允许作业”。

动车组进行更换转向架作业，作业完毕或者不进行更换转向架作业，起重机回到初始位并锁定，活动接触网旋到工作位，黄灯警示30 s后，闭合隔离开关，动车组升弓运行到下一个镟轮位，重复③和④的作业，直到整列动车组镟轮和更换转向架作业完毕。

⑤出库位

起重机回到初始位并锁定;活动接触网摆到非工作位;黄灯警示30 s后，闭合隔离开关;按下出库位按钮，库内LED显示屏显示“禁止作业”，库内出库信号机白灯亮，动车组可以升弓出库。

(7)系统设备主要功能与特点

①手动及自动控制功能

手动:每个活动段可单独控制，用于调试或故障检修。

自动:整个系统 PLC自动控制，用于正常作业状态。

②联锁控制功能

图3 侧移式活动接触网动作程序

隔离开关、大门、天车、活动接触网、信号机、镟轮设备、转向架更换设备具有电气联锁。

联锁控制1:天车在初始位并锁定，活动接触网摆出到工作位，操作员钥匙开关打开，报警30 s完毕，隔离开关才可闭合。

联锁控制2:隔离开关断开，活动接触网摆回到非工作位，天车才可移动进行作业。

联锁控制3:当天车在初始位并锁定，隔离开关断开，活动接触网才可移动。

联锁控制4:当动车组出库，隔离开关断开，活动接触网摆回非工作位，大门才可关闭。

③状态显示报警功能

隔离开关开闭状态显示、活动接触网到位状态、动车是否允许出入库信号显示、活动接触网有无电显示、起重机到位并锁定显示、库大门开闭状态显示、是否允许临修作业提示、临修工位显示、设备故障报警提示、工位声光警示。

(8)系统安全性设计

①高压部分与各刚体的安全绝缘距离全部大于400～500 mm，大于设计规范要求。

②室内外信号联锁、室内起重机联锁、进出库大门联锁、进库隔离开关联锁等保护设计，确保作业人员安全。

③所有设施工作状态显示及故障报警功能，确保设备安全。

④受电连续安全保障。在活动段两端引入并联高压电(受库外同一隔离开关控制)，当电网接通时，确保受电弓滑到活动段时受电连续，避免受电过程断电打火。

⑤库内引入高压电与库外高压电为串联设计，共用库前隔离开关，当隔离开关接通时，库内库外同时带电，当隔离开关断开时，隔离开关之后接触网(库内库外高压线)同时断电并接地，确保库内作业安全。

⑥专用接地保护系统，确保绝缘子失效或击穿时，设备及作业人员安全。

⑦设备所有支架及用电点全部进行接零保护。

⑧当活动接触网摆回限界外时，直接接入接地保护系统，使活动接触网残余电完全释放，确保设备及人员安全。

总之，活动式接触网的总体设计原则是把满足检修作业安全放在设计的首位，从动车组的进库开始到动车组的出库，从设备结构、布局到操作控制都进行了全方位的安全设计。

(9)设备可靠性设计

①支架采用板焊工字结构，强度刚度好且外形美观，便于安装。

②传动机构采用德国SEW产品，性能稳定、质量可靠。

③所有接触网连接点均采用柔性连接，过渡平稳、可靠，没有硬点。

④主要导流件(汇流排)公称截面:2 213.7 mm2，弓网压力70～140 N，行车速度:80～120 km/h。

(10)设备主要技术参数

接触网长度:

固定段1 6.57 m 活动段1 23.4 m

固定段2 7.57 m 活动段2 18.4 m

车库内长度:48 m

活动接触网电压等级:25 kV 50 Hz单相交流

活动接触网接触线高度:5.3 m(以地面轨顶高程±0.00 m)

活动接触网工作范围:工作——非工作状态最大转角80°～85°

活动接触网摆动速度/摆动线速度:0.695 r/min/225.5 mm/s

活动接触网设备总重:2 151 kg

受电弓对接触网压力:70±10 N

设备总容量:0.74 kW

工作状态转换时间:26 s/段 52 s/工作状态104 s/循环(1 min 44 s)

控制方式:地面控制台操作

控制电源:～380 V/220 V 50 Hz 三相五线

绝缘子额定抗拉破坏负荷:≥60 kN

绝缘子额定抗弯破坏负荷:≥4 kN

绝缘子逐个拉伸试验负荷:≥32 kN

绝缘子逐个弯曲试验负荷:≥2.4 kN

绝缘子的最小安全系数:4.8

(11)设备主要应用实例

结合皇姑屯动车运用所成功的应用经验，并经过不断的改进设计，侧移式活动接触网系统设备广泛的应用在动车段(所)的临修库及三、四级检修库中，并取广泛的认可。见表1。

表1 设备在动车应用实例

3 侧移式活动接触网技术在电力机车整备及检修后试验作业中的推广应用

(1)在整备棚机车整备作业中的应用

①机车整备作业

机务段的机车整备作业一般在整备棚(库)内进行，包括车顶、车体、车底的整备和检查。其作业流程为:机车入段检查洗车——机车进入整备台位——交班整备检查——机车出整备台位进入待班台位——待班检查接班——机车出待班台位——机车出段，整备作业时间大约为1 h。

②在整备作业中电力机车的供电方式

根据机车整备作业特点，机车进入整备台位的供电方式有自行受电动车、牵车机牵车、牵车电源牵车等多种方式，因整备作业需要必须在无电状态下整备，以确保作业人员的人身安全。整备台位整备作业无电状态分为有网－作业无电、作业无网无电、有网－作业无网3种整备作业供电方式。

有网－作业无电:机车自行受电进入整备台位，整备作业时通过安全联锁系统隔断台位上空电网，这种方式整备作业效率高，但不能实现雷雨天气情况下的整备作业。

作业无网无电:机车通过牵车设备进入整备台位，整备作业时台位上空无电网，这种方式整备作业可以保证绝对的安全，但整备效率比较低。

有网－作业无网:机车通过活动接触网自行受电进入整备台位，整备作业时移开活动接触网，台位上空无电网，这种方式整备作业既可以保证绝对的安全，也可以保证整备作业效率高。

综合比选，有网－作业无网供电方式对于电力机车整备作业是一种既安全又高效的供电方式，建议在今后的电力机车整备作业中推荐采用。

③侧移式活动接触网在电力机车整备作业中的优越性

随着电力机车的更新换代，和谐型大功率交流电力机车逐步替代直流电力机车，交流电力机车的动车电源完全不同于直流电力机车，不同的交流机车，制式不同，引机入库要求不同，目前采用有拖缆式、滑线式、牵车机牵引式等各种牵车方式均不具备安全、高效共存的特性。随着各机务段对安全、高效、标准的整备作业需求认知，侧移式活动接触网在电力机车整备作业中，作为一种新型的高压供电技术越来越显现出其优越性，特别对交流电力机车整备作业更突显其安全、高效的特点。

④在机车整备作业中的应用实例

结合侧移式活动接触网系统设备在动车段(所)的广泛应用，并结合电力机车整备领域作业的特点，将侧移式活动接触网技术成功的推广到电力机车整备作业中。见表2。

(2)在机车检修后试验作业中的应用

①侧移式活动接触网在电力机车检修后试验作业中的优越性

机务段的机车检修后应进行高压试验、整车试运。其作业流程为:机车通过侧移式活动接触网进入试验库——通过活动接触网供电进行高压试验或整车试运——机车通过移式活动接触网牵出试验库，其作业效率显而易见。

②在机车检修后试验中的应用实例(表3)

表2 设备在机车整备应用实例

表3 设备在机车检修应用实例

4 结语

侧移式活动接触网技术对于机车整备作业、高压试验作业是一种新型的高压供电新技术，杜绝了传统的高压供电方式在机车整备、高压试验作业中产生的不安全因素，在整备棚内可完全实现全天候机车整备、高压试验作业，真正实现机车无病上线运行。

(1)侧移式活动接触网设备与机车安全监控、隔离开关联锁、三层作业平台等设备组合，在集中监控状态下可实现车顶、车体、车底立体平行整备作业，极大地提高了作业效率，是标准化整备作业首选的配套设备。

(2)侧移式活动接触网设备通过计算机联锁控制来实现整备、检修试验作业的安全性，突破了传统的高压供电在机车整备、高压试验中的局限性，不仅提高了机车整备、检修作业的效率，而且拓展了高压供电技术的应用范围。

近年来，随着动车运用检修设施设计的不断完善，全路52个动车运用所的临修设施中，侧移式活动接触网技术得到了广泛的应用，运用效率、使用效果显著。该技术最显著的特点是:在不解编车组的条件下，实现车组自行受电动车完成依次镟轮、更换转向架等临修作业。随着侧移式活动接触网技术的不断完善及拓展延伸，全路7个动车段的三四级检修库的动车电源也广泛采用侧移式活动接触网技术，随着交流电力机车时代的到来，侧移式活动接触网技术在机车整备作业、试验作业中也充分发挥了其安全、高效的特点，充分体现了该技术在电力牵引供电领域，特别是在电力机车运用维护方面具有越来越广泛的应用前景。

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