绍兴2号线回流模式转换相关问题研究

魏义山，王 颖，吴 炼

（绍兴市轨道交通集团有限公司，浙江 绍兴 312099）

绍兴2号线地铁车辆采用受电弓受流、专用轨回流制式，由于绍兴2号线初期不设置车辆段，共用绍兴1号线万绣路车辆段进行定修，绍兴2号线地铁车辆需通过联络通道转线至绍兴1号线线路运行，由于绍兴1号线采用钢轨回流，而绍兴2号线采用专用轨回流，因此绍兴2号线地铁车辆需同时具备专用轨回流和钢轨回流2种模式，并且在联络通道处进行回流模式的转换，地铁车辆和联络通道处均需具备回流模式转换的条件。当绍兴2号线地铁车辆回流靴全部接触不良或悬空时或在绍兴1号线线路上误将回流模式从钢轨回流转换为专用轨回流时，如果采用常规地铁车辆辅助供电电路接线设计，会出现回流靴带电的问题，存在触电安全隐患。

1 回流模式转换相关问题研究

1.1 回流转换开关设置问题

1.1.1 问题来源

绍兴2号线地铁车辆采用4节编组，每2节车为1个单元，总计2个单元，每个单元均设置受电弓，地铁车辆在联络通道处从绍兴2号线线路转换至绍兴1号线线路时，需要在停车状态下将回流模式由“专用轨回流”转换为“钢轨回流”，从绍兴1号线线路转换至绍兴2号线线路时，需要在停车状态下将回流模式由“钢轨回流”转换至“专用轨回流”。地铁车辆既要具备专用轨回流模式，同时需具备钢轨回流模式，因此需在车辆上设置专用装置进行不同回流模式转换，专用轨回流模式下车辆主电路设计增设贯通式回流母线[1]，钢轨回流模式车辆主电路设计与常规地铁车辆一致。

1.1.2 解决措施

根据回流转换需求及车辆实际条件，研究确定在车辆上设置回流转换开关以控制不同回流模式的转换，回流转换开关控制电路图及控制逻辑如下。

1.1.2.1 回流转换开关控制电路图

回流转换开关通过外部继电接点给出允许、正转、反转控制指令，并通过回流转换开关辅助触点检测转换开关位置状态，回流转换开关涉及牵引系统主电路如图1所示，回流转换开关控制电路如图2所示。

图1 牵引系统主电路框图

图2 回流转换开关控制电路图（ST位）

1.1.2.2 回流转换开关控制逻辑

回流转换开关控制逻辑如表1所示。

表1 回流转换开关控制逻辑

通过回流转换开关及相关电路的设置，车辆具备了灵活转换回流模式的功能，能可靠运行于钢轨回流线路和专用轨回流线路，满足在绍兴2号线及绍兴1号线转线运行的需求。

1.2 联络通道回流模式转换问题

1.2.1 问题来源

在初期设计文件中，联络通道处绍兴1号线部分按钢轨回流进行供电和轨道等专业设计，绍兴2号线部分按专用轨回流进行供电和轨道等专业设计，联络通道中心位置作为2条线路的分界点，在分界点处设置钢轨绝缘节和接触网绝缘分段，初期联络通道设备设置如图3所示。

图3 初期联络通道设备设置

通过理论分析，绍兴2号线地铁车辆在联络通道处由绍兴2号线至绍兴1号线运行时，此时列车处于专用轨回流位，1单元车辆会逐渐运行至绍兴1号线线路钢轨回流区，列车停车时需要施加电制动，此时牵引电机通过再生制动变为发电机，因供电系统专用轨与钢轨间单向隔离，牵引系统电制动能量无法被正常吸收，电制动电压升高，车辆电制动电压为接触网对钢轨电压，供电系统保护电压为接触网对专用轨电压，导致电压无法正常匹配，可能会引起供电系统框架电压保护动作，绍兴2号线地铁车辆在联络通道处由绍兴1号线至绍兴2号线运行也存在同样问题。

绍兴2号线地铁车辆通过联络通道时，需要1单元和2单元车辆均通过绍兴1号线和绍兴2号线各自的变电站进行供电和回流，供电和回流须构成一个回路，遵循“从哪来回哪去”的原则，即来自各自线路变电站的供电，其回流也需回到各自的变电站。当列车在联络通道中间位置停车进行回流模式转换，再次启动时，由于车辆高压母线是单元贯通，没有全列车贯通，因此车辆将有1个单元因无法回流而损失牵引动力，影响列车通过联络通道和转线运行效率。

1.2.2 解决措施

针对在联络通道进行回流模式转换时遇到的问题，供电和轨道专业更改了初期设计文件中对于联络通道处的设备设置方案，在联络通道两端分别设置钢轨绝缘节，专用轨从绍兴2号线铺设至绍兴1号线钢轨绝缘节，钢轨绝缘处理从绍兴1号线安装至绍兴2号线钢轨绝缘节，靠近绍兴1号线一端接触网设置分段绝缘器且与绍兴1号线钢轨绝缘节对齐，在钢轨和专用轨之间设置单导装置，最新联络通道设备设置如图4所示。

图4 最新联络通道设备设置

绍兴2号线地铁车辆在联络通道处由绍兴2号线至绍兴1号线运行时，列车在联络通道两钢轨绝缘节中间区段停车，将回流转换开关由“专用轨回流”位转换至“钢轨回流”位，列车启动运行时，1单元和2单元车辆均通过钢轨及单导装置至专用轨进行回流，当列车1单元受电弓运行至绍兴1号线接触网时，1单元列车此时牵引所消耗的能量或电制动产生的能量可以通过绍兴1号线的钢轨进行回流，2单元列车此时牵引所消耗的能量或电制动产生的能量可以通过绍兴2号线的专用轨进行回流，直至整列车运行至绍兴1号线线路上，在整个运行过程中，列车牵引系统电制动能量均能被正常吸收，不会引起供电系统框架电压保护动作，绍兴2号线地铁车辆在联络通道处由绍兴1号线至绍兴2号线的运行原理相同。

绍兴2号线地铁车辆牵引系统单元贯通，因此即使绍兴1号线接触网与绍兴2号线接触网电势不同，也不会引起牵引回路短路，绍兴2号线地铁车辆辅助系统全列车贯通，但辅助高压回路设置了隔离二极管，能够有效隔离绍兴1号线接触网与绍兴2号线接触网的电压，因此列车在联络通道运行时对牵引系统和辅助系统均不会造成任何不利影响，不会造成列车动力损失和空调照明等辅助设备失电。

1.3 回流靴带电问题

1.3.1 问题来源

当列车处于“专用轨回流”模式时，回流靴可靠接触回流轨，能构成完整的供电回路，就不存在回流靴带电风险；当列车处于“专用轨回流”模式时，回流靴全部接触不良或悬空时，将无法构成供电回路，正常升弓或库用供电时，如果采用常规地铁车辆辅助供电电路接线设计，回流靴会带电且电压接近供电电压，有触电安全风险。当列车在绍兴1号线线路上误将回流模式从钢轨回流转换为专用轨回流时，回流靴带电原理相同。

专用轨回流模式时，如果回流靴未接入，正常升弓时，牵引逆变器（高速断路器闭合状态）和辅助逆变器因未检测到电压，其预充电接触器不会闭合，高压预充电电路处于断开状态，不会存在回流靴带电风险。但辅助逆变器设置了应急启动装置（DPBS），应急启动装置内部主要为电容和电阻，在专用轨回流模式时，如果回流靴未接入，电压会经过应急启动装置到接地电容（C1），从而出现上述回流靴带电现象，常规地铁车辆辅助供电电路和电容C1充电途径如图5所示。

图5 常规地铁车辆辅助供电电路和电容C1充电途径

因此在受电弓升弓或车间电源供电时，且在专用轨回流模式下，当回流靴全部接触不良或悬空时，电容C1可通过图3箭头所示路径进行充电，电容C1两端电压接近供电电压，且由于该电容C1无放电路径，且与回流靴相连，对外表现为回流靴与车体之间有高压存在。此时，如有人员误操作触摸回流靴，将存在触电风险。

1.3.2 解决措施

通过更改应急启动装置回流接线方案，避免C1电容不正常充电。将应急电源输入端的负线从辅助电源箱中单独引出，接到钢轨接地排或接地装置上。当回流靴全部接触不良或悬空或在绍兴1号线线路上误将回流模式从钢轨回流转换为专用轨回流时，C1电容无充电路径，回流靴无带电风险，且应急启动功能不受影响，更改后的地铁车辆辅助供电电路如图6所示。

图6 更改后地铁车辆辅助供电电路

更改应急启动装置的回流接线，既能保证列车功能完整，又可彻底消除风险，绍兴2号线采用该种方案可解决特定模式下的回流靴带电风险问题。

2 总结

绍兴2号线采用专用轨回流新技术，配套设计的地铁车辆为国内地铁车辆的新制式，在绍兴2号线地铁车辆和联络通道设计过程中遇到了众多与常规地铁车辆和联络通道截然不同的复杂技术问题，本文详细阐述了回流模式转换遇到的相关问题，并进行针对性分析，提出解决措施，进行设计优化，并在后续进行回流模式转换相关专项验证。