城市轨道接触网绝缘锚段关节内停车危害及对策

0 引言

随着城市建设的不断发展，城市轨道交通已发展至距城市中心区较远的开发区、新区，中心城与卫星城之间也陆续出现轨道交通线路。这些区域的轨道交通牵引供电系统大多采用柔性接触网，柔性接触网通常采用绝缘锚段关节或分段绝缘器的形式实现电气隔断。近年来，由于城市轨道交通电客车在接触网绝缘锚段关节位置停车而造成的故障较多，有必要对柔性接触网绝缘锚段关节内停车的危害及原因进行剖析，并制订相应的应对措施，以提升城市轨道交通的运营安全。

1 柔性接触网绝缘锚段关节及电客车编组

1.1 绝缘锚段关节作用及结构

绝缘锚段关节通过锚段与锚段衔接部分之间的空气绝缘实现电气隔断，通过线索与线索间的垂直高差的变化实现受电弓的平滑过渡。绝缘锚段关节式电分段应满足受电弓高速通过的要求，主要应用在城市轨道交通的正线，以三跨式绝缘锚段关节最为常见（图1）。

图1 三跨式绝缘锚段关节立面示意图

1.2 电客车编组及取流方式

以普遍采用的6辆编组（4动2拖）为例，一列客车的编组型式为：+Tc-Mp-M1-M2-Mp-Tc+，其中，“+”表示半自动车钩，“-”表示半永久性牵引杆。Tc车为带司机室的拖车，M1、M2车为无司机室的动车，Mp车为无司机室带受电弓的动车，依次编号为1、2、3、4、5、6车（图2）。电客车采用双弓滑动取流方式。

2 绝缘锚段关节内停车危害及原因

危害：受电弓在绝缘锚段关节内长时间停留，将造成弓网间较长时间放电，可能烧损甚至烧断接触线，中断供电。

原因分析：

（1）电客车受电弓短接2个供电分区时形成大供电分区，不同供电分区内其他列车的取流将造 成回路电流通过弓网接触点。

图2 电客车编组示意图

（2）根据《地铁设计规范》（GB50157-2013）要求，地铁牵引供电系统采用双边供电的方式，绝缘锚段关节两侧锚段均与牵引变电所正馈线相连。两锚段接触线在两转换柱间实现由非工作支向工作支的过渡，电客车受电弓经过时与一支紧密接触，与另一支垂直距离逐渐变大，即存在受电弓与工作支接触而与非工作支虚接或弓网间距小于绝缘击穿距离的过程，此时会出现持续放电、拉弧现象（图3所示）。

当受电弓停留在过渡段内，与非工作支接触不实或弓网之间的距离小于空气绝缘击穿距离时，受电弓对接触线某一点持续放电、发热。热能量不断累积，接触线局部温度升高，导致该处接触线软化，承受张力能力下降，在接触网补偿张力的作用下，接触线被拉断。断开的接触线也可能接地，造成单个供电分区停电或锚段关节两侧的供电分区均停电。而电客车以一定速度运行时，弓网间燃弧会瞬间熄灭，热能量不会在接触线上累积，故不会造成断线。

图3 转换柱间工非支过渡时横断面示意图

3 应对措施

3.1 绝缘锚段关节位置设置电客车禁停区

为避免受电弓停留在绝缘锚段关节过渡区内而引起烧损烧断接触网线索，需划定受电弓禁停区，如图4所示。

图4 禁停区及禁停区停车后可单弓运行区示意图

结合绝缘锚段关节电气特性，将转换柱间两非工作支绝缘子之间的纵向区段定义为受电弓过渡区，即受电弓禁止停留区（图4中c段）。为便于司机操控电客车，需在线路旁埋设标示牌用于司机对受电弓是否进入及驶出受电弓禁停区进行控制。下文分析司机看到的禁停区标示牌在线路的纵向位置。

设电客车前弓至Tc车司机室门边沿的纵向最小距离为a，电客车前弓至后弓的纵向距离为b。司机看到的禁停区为：前弓即将进入另一供电分区时司机室门沿至后弓脱离原供电分区时，两位置司机室门间的距离（图4阴影区段司机看到的禁停区）。“禁停始”标装设在前弓即将进入另一供电分区前时（绝缘子A）司机室门边沿横向对应的线路位置，“禁停始”标距绝缘子A纵向距离为a，此时司机从司机室门窗看到电客车越过“禁停始”标后，表示前弓已进入禁停区。“禁停终”标装设在后弓脱离原供电分区（绝缘子B）后，司机室门边沿横向对应的线路位置，“禁停终”标距绝缘子B纵向距离为a+b，此时司机从司机室门窗看到电客车越过“禁停终”标后，表示后弓已驶出禁停区。

综上所述，用于司机控制受电弓停留在禁停区的标示牌共2个，分别为“禁停始”“禁停终”标。“禁停始”标的位置距离绝缘子A纵向距离为a，“禁停终”标的位置距离绝缘子B纵向距离为a+b。

3.2 禁停区内停车的应对措施及驶出方案

电客车因特殊情况被迫停在禁停区时，应立即采取降双弓措施。停留在禁停区的电客车需动车驶出禁停区时，司机应根据电客车司机室门所处的升降弓标示牌的位置升前弓或后弓，单弓驶出禁停区后，恢复双弓运行模式。具体分析如下：

由图4分析，前、后受电弓单弓驶出时存在重合段，即重合段可升双弓通过。可升双弓通过段的长度为a+b-a-(c-a)-a=b-c。当b=c，前后弓距离与受电弓禁停区长度相同；当b＞c时，双弓不会同时在受电弓禁停区内，可升单弓驶出；当b＜c时，双弓会同时落在受电弓禁停区内，此时存在不能通过禁停区情况。因此在接触网设计时需保证b＞c。

根据维保手册说明书，编组型式为+Tc-Mp-M1-M2-Mp-Tc+的电客车2个受电弓之间的距离b=(受电弓一半的长度 +受电弓到二位端的长度)×2+贯通道的长度×3+M1+M2=(3 380/2+500)×2+(260+260)×3+19 000+19 000=43 940（mm），三跨绝缘锚段关节转换柱间两非工作支绝缘子间的纵向距离c≈ 40 000 mm，b＞c，重合区长度为b-c=43 940-40 000=3 940（mm）。因重合区距离较短，为便于司机操作，在重合区的中心位置设置“升前降后”标识牌。

综上所述，于禁停区停车后，用于司机控制电客车驶出禁停区的标示牌为2个，分别为“升后降前”“升前降后”标。“升后降前”标与“禁停始”标在同一里程；“升前降后”标中心位置在重合区（b-c）的中心位置。在禁停区停车后，单弓运行驶出方案为：当司机室门沿越过“升后降前”标而未过“升前降后”标时，司机升后弓降前弓驶出禁停区后，恢复双弓运行；当司机室门沿越过“升前降后”标而未过“禁停终”标时，司机升前弓降后弓驶出禁停区后，恢复双弓运行。

根据上文所述，单向行车需设置4个标示牌，按电客车行驶方向，依次为“禁停始”“升后降前”（同一里程）®“升前降后”®“禁停终”标。

4 结语

城市轨道交通接触网绝缘锚段关节两侧的接触网供电均来自牵引变电所的同一段母线，且每个供电分区均采用双边供电的方式。受电弓短接两供电分区时，不同供电分区内其他列车的取流造成回路电流通过弓网接触点，受电弓滑过时会产生拉弧、放电现象，甚至烧伤关节内线索。在不能进行技术改造的前提下，电客车在通过绝缘锚段关节时应保持一定的速度，以缩短拉弧、放电时间；同时检修人员应定期对两转换柱间承力索、接触线进行检查，对烧损及磨耗严重的线索进行局部补强或更换，防止断线故障，保证接触网系统的安全运行。

参考文献：

[1]中国铁路总公司.铁路技术管理规程[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50157-2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]西安地铁.QXDY 20402.4A-2016《行车组织规则 第4部分 3号线》.

[4]上海地铁.9号线故障说明.

[5]中铁电气化局集团有限公司.城市轨道交通供电系统施工技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2014.