模型试验法在城市轨道交通牵引接触网结构参数调整中的应用*

陈明忠

（南京铁道职业技术学院电力工程学院，210031，南京∥副教授）

模型试验法在城市轨道交通牵引接触网结构参数调整中的应用*

陈明忠

（南京铁道职业技术学院电力工程学院，210031，南京∥副教授）

摘 要为解决城市轨道交通困难地段的牵引接触网结构参数调整与施工检修的难题，提出了一种基于实物模型试验的模型试验法。该方法以现场真实的牵引接触网设备为依据，搭建等比例实物模型进行参数调整试验，优化选择牵引接触网施工及参数调整的技术方案和技术工艺路线。应用该方法对南京地铁1号线困难地段的牵引接触网锚段关节进行了施工改造，取得了良好的应用效果，也为基于计算机软件的模型试验法的开发和完善积累了有益的经验。

关键词城市轨道交通；牵引接触网；参数调整；模型试验

*江苏省“青蓝工程”资助项目（RL13002）

Author＇s address Nanjing Railway Vocational and Technical College，210031，Nanjing，China

锚段关节接触网是城市轨道交通牵引供电系统中的重要设备之一，主要用于实现牵引接触网机械分段和同相分段。其结构比较复杂，技术要求高。特别是在困难地段，如长距离小半径曲线区间，由于曲线外轨超高等原因，容易引起弓网事故。一旦发生弓网事故，不仅造成锚段关节处接触网设备损坏，同时会造成两相邻锚段接触网设备故障和损坏，其恢复的工作量及难度极大。

南京地铁1号线红山动物园站4跨绝缘锚段关节位于红山站列车的起动位置，由5根支柱组成，其中中心支柱尤其重要。此次的直接问题设备是绝缘锚段关节的15-8﹟杆这根中心柱（即缺陷转换柱），如图1所示。由于施工和设计遗留问题，使得中心柱上两组悬挂所安装部件间的定位间距s仅为70 mm（见图2），这不符合直流1 500 V技术规定的s 为300 mm的要求。

图1　困难区段的缺陷转换柱

该s值的差异对牵引接触网安全运行的影响是不可忽视的。潜在的安全隐患主要有2个：一是当绝缘锚段关节一端停电接地，而另一端有电时，两组悬挂间由于电气间距不够，受外界因素如刮风、雨雪等影响，容易造成空气间隙击穿现象，可能导致人身伤害事故；二是该绝缘锚段关节所处位置位于列车出站起动位置，列车瞬间取流为起动电流，电流值达到3 000 A以上，相邻锚段之间间隙过小会出现放电现象，或因外界因素使得导线与腕臂处于非可靠接触，由于存在电位差而造成接触间隙放电，有烧断接触导线和承力索的可能。

图2　缺陷转换柱处的结构

1　问题分析与解决

为处理这个难题，通常的整改方案需要重新安装2套腕臂，才能达到调整电气间距的目的。对该方案进行了施工设计，其工作量如表1所示。

表1　直接施工法的工艺方案与工作量

由于施工点位于高架桥上，支柱安装位置不合理，使得接触悬挂复杂，如开展施工改造，必会导致接触线产生很多硬点，进而影响列车取流。由表1可知，施工过程波及到接触网导高、拉出值，以及工作支、非工作支抬高量等技术参数的调整，改造的工作量及难度较大。经过反复比较和论证，最终放弃了传统的整改方案，决定采用模型试验法确定施工改造的具体工艺和方法。

2　模型试验法的关键技术

模型试验法的基本思路是搭建一个比拟真实设备的软件模型［1-4］或实物模型，该模型与待处理解决的锚段关节在布置参数、空间结构、零件配合等方面相一致，从而可以用试验的办法进行多次施工，直至找到简单、成熟、可靠的施工技术路线和工艺步骤。该方法不受停电时间和设备运行的条件制约，能够反复多次探索找到最优的施工方案，是解决困难地段接触网参数调整的有效方法。从目前的情况看，由计算机软件模拟的方法最为简便，但软件开发还不完备。最终利用料库备品和培训基地的试验设备搭建真实的设备模型成为选择［5］。为最大限度地接近运行中的真实设备，需要对原锚段关节进行全方位的测绘，同时保证空间结构与故障特征的一致性。结合牵引接触网专业技术规范和施工设计图纸，用激光导高测量仪、水平尺、线坠等工具对原设备进行静态检测。夜间利用牵引接触网综合检测车对牵引接触网参数进行动态检测，以掌握此处锚段关节的接触网参数，包括导高值、拉出值、振动、冲击、接触压力、线索张力等。

施工人员对检测参数进行分析，结合现场情况，设计了建立模型的方案［6-9］。经过不断试验，最终得到经过优选后的目标技术参数，如表2所示。

除了表2中的主要控制参数外，锚段关节各单元组的腕臂抬升量、承力索抬高距离、T型定位器与软定位器间绝缘距离、腕臂及定位器的偏移量等符合相应规范的技术要求，故没有进行采集。为保证模型的相似性和一致性，搭建时也对这些参数进行了控制。

在模型试验现场发现，转换柱（Z单元组）处的两定位间距s不能调整到300 mm的规定值上。如果采用DTL 0163定位器，调到极限位置时s= 170 mm，仍然不符合技术要求。此时，W1单元组定位管的斜撑与非支承力索的电气距离只有50 mm。因此在现有的模型试验现场，采用目前的通用定位器解决不了该问题。

由模型试验的数据对各个单元组的定位器进行受力分析后，决定设计研发符合本试验要求的特殊结构的定位器与定位管支撑。依据试验要求，定位器及斜撑的零件平面图如图3、图4所示。

表2　模型试验法的控制参数与优化

图3　定位器零件图

图4　定位斜撑零件图

根据图纸和技术要求，接触网零件和设备制造商提供了该定位器和定位管支撑。在试验模型现场，施工作业组很快将定位器和斜撑安装到位，经过不断调试，最终将各单元组的控制参数全部调整到位。

在熟练掌握模型试验施工方法后，项目组重点解决试验成果成功移植问题。按照试验确定的工艺和方法，作业组利用地铁夜间停运“天窗”时间，仅用127 min完成了定位器的安装与更换，并最终将s值调整到了规范规定的300 mm。由于使用了特制的定位器，M1单元组非支承力索与工作支定位器的距离也满足技术要求。采用模型试验法确定的结构与参数特殊的定位器，使得该处困难地段接触网锚段关节的缺陷施工改造顺利完成，达到了预期的目标。

3　结语

城市轨道交通牵引接触网设备是一个复杂的机械与电气的耦合系统，如果由于设计上的缺陷或由于施工安装形成的隐患造成不良状态，都会给后期运营单位的接触网检修与维护工作带来相当大的困难。尤其是当接触网布置在一些困难区段时，线叉或锚段关节等单元零部件之间相互联系、相互制约，在不影响供电安全和列车运行秩序下进行施工整改、检修与调整，往往面临着不可预料的风险和困难。利用计算机软件仿真或基于真实接触网结构相似试验的模型试验法则可有效解决这类问题。此方法已成功应用于南京地铁1号线困难地段（高架桥牵引接触网支柱位置特殊且浅埋）锚段关节处的缺陷整改施工项目中，并取得了较好的经济效益和社会效益。随着软件信息技术和工业互联网技术的发展，牵引接触网的检修与调整可以借助大数据分析、动态建模和实时仿真等技术，此时模型试验法将是牵引接触网设备状态维修、检修与调整的重要手段，对于保障牵引接触网的安全运行具有重要意义。

参考文献

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Application of Model Test for Pull Contact Network Parameter Adjustment in Urban Rail Transit

Chen Mingzhong

AbstractTo solve the parameter adjustment in pull contact network structure，the construction and maintenance of contact network in difficult locations of urban rail transit，a model test based on a real physical model is proposed.This method takes the real scene of contact network equipment as the basis，conducts an equal scaled model test and adjustment，so as to improve the selection of technical scheme for contact network construction，parameter adjustment and technical route.The method is applied to the pull contact network construction on some difficult areas on Nanjing metro Line 1，and proves to have good effect.It also accumulates experiences for the development and improvement of＂model test method＂based on the computer software.

Key wordsurban rail transit；pull contact network；parameter adjustment；model test

中图分类号U 225.1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.020

收稿日期：（2014-03-09）