车辆段镟轮线电化设计及打火问题解决研究

乐天晗

(广州地铁设计研究院股份有限公司 广东 广州 510010)

0 引言

轮轨关系匹配是保障车辆运行舒适度及稳定性的关键因素，地铁车辆受线路条件影响，尤其在曲线、道岔等地段，由于轮轨磨耗作用，车辆轮对难免产生损伤。不落轮镟床作为轨道交通车辆段内三大设备之一，在地铁车辆检修作业中广泛使用并发挥了重要作用。不落轮镟床在车辆不解编的条件下，对轮对的轮缘、踏面进行测量与镟修，镟床的工作状态及镟轮作业的效率，将直接影响到检修部门是否能为运营部门提供足够数量状态健康的列车[1]。在镟轮线电化后容易出现镟轮设备打火现象，因此车辆段内镟轮线电化范围根据各地区运营检修作业规程及习惯存在较大差异，本文主要针对镟轮线电化及相关配套设计优化方案进行了研究。

1 行业现状

本研究首先对目前国内典型车辆基地镟轮线股道电化范围及技术标准、镟轮线股道打火原因进行了分析研究。目前车辆段镟轮线股道电化范围设计主要分为两种技术路线，一类为接触网电化至咽喉区，由工程车将电客车推行至镟轮库前，再由公铁两用车牵引进行镟轮作业。如广州地铁18号线万顷沙车辆段。另一类做法为电化终点设置在镟轮库前，电客车凭借自身动力运行至镟轮库前，再由公铁两用车牵引进行镟轮作业，如深圳地铁10号线凉帽山车辆段，对两种做法的详细方案介绍如下。

1.1 电化至咽喉区

在《广州市轨道交通新线工程设计技术标准》中规定“为满足设备绝缘要求，避免轨道杂散电流影响，镟轮库入库轨道上应设置2个绝缘节，第1个绝缘节设置在镟轮坑边，第2个绝缘节的位置距第1个绝缘节应不小于1列车长+15 m”[2]。按照此要求，镟轮线股道电化设计如图1所示。

图1 镟轮线电化至咽喉区方案示意

该技术标准虽可完全避免镟轮线股道打火现象发生，但是该模式下镟轮线股道绝缘区域较长，列车无法凭借自身动力运行至库前。负责镟轮牵引作业的公铁两用车，根据运营作业规程不得用于列车通过咽喉区及道岔的牵引作业，因此运营车辆检修部门镟轮作业时需工程车调车配合，而工程车司机属乘务部门，一次镟轮调车作业需检修、乘务、调度等多部门协调，单次调车作业时长约2 h，效率较低。

1.2 电化至镟轮库前

在《深圳地铁新线段场建设标准》中规定“镟轮线(靠咽喉区一侧)距离镟床10 m处应设置1个停车标识牌，接触网止于停车标识牌位置，电客车镟轮时依靠自身动力行至该线停车标识牌位置；镟轮线停车标识牌至库前信号机的距离具备停放1列地铁列车+10 m的安全距离，并避免压信号调车；停车标识牌与镟床地坑之间轨道应设置绝缘节，库前信号机处应设置单导绝缘节，避免将电流导入镟轮库对设备造成影响”[3]。按照此标准的要求，镟轮线股道电化设计如图2所示。

图2 镟轮线电化至镟轮库前方案示意

采用电化终点设置于镟轮库前的做法，车辆在进行镟修作业时，电客车可凭借自身动力运行至镟轮库前，之后由公铁两用车牵引至库内镟修作业，作业效率高，但存在公铁两用车牵引电客车跨过电化/非电化区时打火风险。当列车在镟轮线电化终点降弓后，咽喉区其余股道有电客车经过时，绝缘节2右侧股道电位较高，绝缘节1～绝缘节2之间股道残余电流无法通过单导完全回流至牵引变电所，因此绝缘节1两侧股道存在电位差，此时公铁两用车牵引列车入库镟轮作业时，绝缘节1～绝缘节2之间股道残余电流经车辆传导至库内，可能产生轮对与镟轮设备打火情况。

2 优化设计方案

经前文中对几种典型的镟轮线电化范围设计标准及技术方案的分析，总结提炼出以下优化方案的设计目标及前置条件：(1)为保证车辆镟轮作业效率最大化，优化方案中接触网电化终点需设置在库前位置；(2)为保证检修关键设备的使用安全，设备安装范围股道不得产生打火现象。

基于上述前置条件及优化目标，本文研究了2种镟轮线电化设计方案。

2.1 优化方案一

优化方案一在前文1.2节中技术标准基础上，将绝缘节1～绝缘节2之间股道接入接地网，保证车辆运行至电化终点降弓后，处于零电位状态，即使咽喉区其余股道有车辆运行也不会导致绝缘节1～绝缘节2之间股道因与库内股道存在电位差而发生打火现象(见图3)。

图3 电化范围优化方案一示意图

镟床至镟轮线信号机股道长度L=L1+L2+L3，其中L1为镟床至停车标识牌距离，通常取值大于10 m，L2为列车长度，L3为列车末端至信号机距离，通常取值大于10 m。

2.2 优化方案二

在优化方案二中，在镟床设备前设置绝缘节1、绝缘节2，绝缘节1～绝缘节2之间间距大于安全距离S，并将绝缘节1～绝缘节2之间股道接入接地网。在绝缘节2位置处设置“停车标识牌”，接触网止于“停车标识牌”位置，电客车可依靠自身动力行至该线“停车标识牌”位置，股道“停车标识牌”至库前信号机的距离具备“停放1列地铁列车+10 m”的安全距离，库前信号机处应设置绝缘节3及单导(见图4)。

在优化方案中，绝缘节1～绝缘节2之间接地后，可确保此区域始终处于零电位。当镟轮线作业列车在接触网电化终点降弓后，咽喉区其余股道有电客车经过时，绝缘节3右侧股道电位较高，绝缘节2～绝缘节3之间股道残余电流无法通过单导完全回流至牵引变电所，因此绝缘节2两侧股道存在一定的电位差。当公铁两用车牵引列车入库镟轮作业时，绝缘节2～绝缘节3之间股道残余电流经车辆轮对导入绝缘节1～绝缘节2之间，进而通过大地回流，而不会传导至库内导致设备打火损坏[4-6]。

图4 电化范围优化方案二示意图

镟床至镟轮线信号机股道长度L=S+L2+L3，其中S为绝缘节1、2间安全距离，取值根据车辆导电方案确定，通常单节车两转向架之间设置有汇流排，安全距离S取值为单节车1轴轮对与4轴轮对中心距，以地铁B型车为例，安全距离S为14.9 m，如图5所示。L2为列车长度，L3为列车末端至信号机安全距离，通常取值大于10 m。

图5 安全距离取值示意图

2.3 优化方案对比及结论

对两种优化方案对比如表1所示。

考虑优化方案一可彻底避免镟轮线打火问题，同时做法相对简单，可靠性更高，推荐镟轮线电化设计采用优化方案一。

2.4 应用案例

深圳地铁10号线凉帽山车辆段原设计方案镟轮线电化终点设置在镟轮库前，电客车凭借自身动力运行至镟轮库，由公铁两用车牵引进行镟轮作业，如图2中所示。车辆段在不落轮镟床联调及首次测量作业过程中发生打火现象，如图6所示。

表1 优化方案对比表

图6 镟轮线股道打火现场图

经专题会议研究讨论，采用优化方案一，在镟轮线入库侧加装接地线整改后，经过连续5周5次测试未出现打火现象。后续凉帽山车辆段已经完成多列车辆轮对镟修作业，未出现打火现象。

3 结束语

本文中提出的镟轮线优化方案，相比于行业现采用的几类主流做法，存在如下优点：

(1)方案检修作业效率高：电客车可凭借自身动力运行至镟轮库前，之后由公铁两用车牵引至库内镟修作业，作业效率高。

(2)方案可靠性高，负面影响小：镟轮线可完全避免打火现象的发生，同时导入大地的杂散电流量较少，影响可控。

(3)方案可实施性好，成本低：经初步测算，相对于镟轮线电化至咽喉区做法，增加绝缘节、单导、接触网长度总成本预估在20万元内，而保护的镟床及公铁两用车设备价值近1 000万元，同时不额外增加镟轮线有效长度要求，可实施性好。

此优化方案除在镟轮线适用外，可适用于所有轨道下方设置设备的股道，如设有固定式架车机、落转向架设备、固定式称重设备等设备的大架修股道，对于新建及改造的车辆段设计施工过程中解决设备打火问题具备一定参考价值。