城市轨道交通牵引供电系统接触轨“失电区”问题分析研究

【摘要】以广州地铁六号线一期接触轨工程为例，针对城市轨道交通牵引供电系统接触轨"失电区"问题进行了原因分析，分别对位于地下区段和高架区段的接触轨"失电区"问题，采用架设刚性或者柔性接触网的方法来提供机车取流条件，解决"失电区"问题。工程实践表明，此方案能够有效地解决接触轨"失电区"问题，保证供电的持续、稳定，确保城市轨道交通运营安全。

【关键词】城市轨道交通；供电系统；接触轨；分析研究

引言：

城市轨道交通牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网组成，牵引变电所将电力系统通过高压输电线送来的电能加以降压和整流后输送给接触网，以供电给沿线路行驶的电力机车。接触网作为传输电能的最后一环，它和电力机车受电弓、集电靴等取流设备的滑动接触将牵引变电所送来的电流送给电力机车。

接触网主要有柔性接触网（如图一所示）、刚性接触网（如图二所示）和接触轨（如图三所示）三种形式，柔性和刚性接触网都是以架空形式安装，与机车的受电弓接触送电。接触轨则在地面安装，受制于轨道、土建等其他问题制约，在个别单渡线、交叉渡线及连续道岔处存在断口，当受车辆、线路、信号等多个系统共同作用下产生机车无法取流的"失电区"，直接影响运营安全。如何解决"失电区"问题是接触轨工程面对的一个技术难题，也是确保运营安全的关键。

本文重点分析接触轨工程产生机车无法取流"失电区"的原因，并以广州地铁六号线一期（以下简称6号线）接触轨工程为例，说明如何利用其他接触网安装方式，提出不同线路环境下接触轨工程"失电区"的解决方案。

1、接触轨 "失电区"形成的原因分析

接触轨"失电区"形成不是由接触轨这单一系统原因造成的，而是由车辆、线路、接触轨这三个系统相互制约，共同作用下产生的。

1.1车辆的电气构造

以6号线为例，正线采用DC1500V接触轨受流制式，车辆采用L型车四辆编组形式，共布置了四组集电靴、两组受电弓，低压电气（辅助电气）连通，分别形成了集电靴取流系统和受电弓取流系统，如图四、图五所示。四组集电靴分散布置在车辆前中后三个位置，集电靴之间存在一定的间距。

1.2接触轨"失电区"形成原因分析

接触轨受线路原因主要是道岔影响形成断口，在9号道岔或者12号道岔单渡线、交叉渡线、带存车线的交叉渡线及连续道岔处形成连续断口，如图六所示，不同情况下，断口长度以及间距各不一样。因此，并不是每一处接触轨的连续断口位置都是"失电区"，只有当车辆上所布置的集电靴间距与接触轨断口的长度和间距相吻合时，如图七所示，恰好车辆因故在此位置停车，就会造成集电靴无法取流，整车失电情况出现，才形成"失电区"。

2 、接触轨"失电区"的解决方案

2.1接触轨"失电区"的解决思路

接触轨"失电区"的解决方案主要是利用车辆上的两套取流系统可以互相切换使用的特点，在接触轨"失电区"增加设置一套架空接触网，当接触轨取流失电时，切换为接触网取流，使机车驶离"失电区"。但由于受不同的线路环境制约，需要根据地下区段和高架区段分别因地制宜地设计不同的接触网架设方案，来解决接触轨"失电区"问题。

2.2地下区段"失电区"解决方案

对于地下区段，需要根据隧道土建结构的特点，考虑刚性接触网安装简单，所需空间小等优点，采用刚性接触网的架设方式来解决"失电区"问题更合适，以6号线长湴站为例，进行方案说明。

①锚段长度的设置

长湴站折返区一共有4处"失电区"，所布置的刚性接触网要保证能全覆盖"失电区"区域。经过现场测量，考虑列车受电弓的位置、列车启动滑行距离、以及安全保护距离等因素确定布置两个长度为137.3米的锚段。

②特殊安装方式

在长湴站，由于前期隧道土建结构并未预留刚性接触网的安装条件，因此需要校验现有的安装空间能否架设刚性接触网的问题。

经过现场测量，长湴站折返区隧道区域净空高度为轨平面上方只有4250mm，根据受电弓的工作高度3850mm，计算得出隧道区域加设的刚性接触网净空高度只有400mm的安装空间。针对安装空间小，为保证绝缘距离，采用了"绝缘横撑"的特殊刚性接触网安装方式，如图八所示。

2.3高架桥区段"失电区"解决方案

对于高架桥区段，在轨道上方没有建筑结构提供架设接触网的条件，因此需要重新立支柱，采用柔性接触网的架设方式来解决"失电区"问题。但由于前期桥梁结构并未预留立柱架设柔性接触网的安装条件，因此，立杆成了需要解决的最关键、最复杂的问题，必须要考虑现有的线路条件，安装空间，桥梁结构等各种因素，在保证桥梁结构安全，限界安全，支柱负载的基础上解决支柱定位、基础安装方式等问题，下面以6号线浔峰岗站为例，进行方案说明。

①锚段长度的设置

浔峰岗站折返区一共有8处"失电区"，分布在车站前后两端，所布置的刚性接触网要保证能全覆盖"失电区"区域。经过现场测量，考虑列车受电弓的位置、列车启动滑行距离、以及安全保护距离等因素，确定布置在浔峰岗站前架设一个锚段长度为100米的柔性接触网，在站后架设2个锚段长度分别为182米和205米柔性接触网，所架设接触网覆盖接触轨系统车辆失电区域。

②支柱定位

在高架桥上立支柱，所立支柱的位置必须满足行车限界要求，根据限界图设计要求，新立支柱侧面限界一定不能少于1900mm，才有足够的限界，确保不会与机车发生碰撞，如图九所示。

同时根据桥梁结构的预应力钢筋布置图，选择与桥梁预应力钢筋不冲突的位置立柱，避免制作基础打孔时破坏预应力钢筋，严重损坏桥梁结构。

3、结语

（1）保证供电的持续、稳定，是城市轨道交通牵引供电系统的主要目标，因此在采用接触轨的方式给机车供电时，解决"失电区"问题是运营安全的关键。

（2）接触轨"失电区"问题应在接触轨布置方案设计阶段就要充分考虑，通过模拟行车轨迹的方法可以很直观地查找出"失电区"的位置，应根据结果制定针对性的解决方案。

（3）当无法通过改变机车集电靴布置位置来解决"失电区"问题时，利用机车上的两套取流系统相互切换，因地制宜地采用柔性或者刚性接触网全面覆盖接触轨"失电区"，是解决接触轨"失电区"问题的有效方案。

参考文献：

[1] 王靖满 黄书明.城市轨道交通供电系统技术〔M〕.第一版.上海∶上海科学普及出版社，2011.9∶248-274

[2] 刘卫强 李相泉.钢铝复合接触轨系统概述〔J〕.铁道标准设计，2007，10：79-82

[3]战克强.城市轨道交通接触轨供电分段方式的探讨〔J〕.电气化铁道，2008，05

[4] 龚文涛.钢铝复合接触轨在广州地铁4号线的应用〔J〕.都市快轨交通，2007，03：82-85

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