深圳地铁3号线车辆在接触轨和滑触线供电方式下的应用

  深圳地铁３号 线 全 长４１．０９ｋｍ，*高设计速度为１００ｋｍ／ｈ，高架段在２０１０－１２－２８开 通 试 运 营，全 线在２０１１－０６－２８开通试运营。全线采用接触轨供电方式，供电制式为 ＤＣ１５００Ｖ，接触 轨 为 下 接 触 式 钢 铝 复合轨。相对架空接触网供电，接触轨供电具有许多优越性：工程易于安装，维护简单、检修方便，寿命长，不占隧道上部空间，总体投资成本较少。但接触轨供电方式需将供电 ＤＣ１５００Ｖ 的接触轨平行安装在钢轨侧面，如果在库内检修线也采用接触轨供电，则会对库内检修作业人员的工作带来危险。为防止这一问题，一般是在正线采用接触轨时，车辆段则采用架空接触 网，在 车 辆 上 既安装有接触轨受流的集电靴，也安装有接触网受流的受电弓，通过供电方式的转换，实现列车在 正 线 和 车 辆 段都能正常受流。但深圳地铁３号线在车 辆 段 内 没 有 采用架空接触网，而是在库内检修线通过滑触线供电的方式对列车进行供电，实现列车的库内检修用电和列车牵

引出、入段。车辆段内除检修线以外，其他线如停车线、出、入车辆段线仍然采用接触轨供电的方式。车辆段检修线采用滑触线供电方式，在国内** 使 用，必 然 给 车辆的主电路受流设计、车辆段行车及运作模式，以 及 车辆的检修模式等带来与其他地铁不同的方式和问题。

本文对接触轨、滑触线供电的车辆高压主电路设计、车辆段检修线的滑触线牵引列车出、入库方式及应用中出现的问题进行分析与探讨。

１ 接触轨、滑触线供电方式下的车辆高压主电路深圳地铁３号线车辆为 Ｂ 型车，每列车６节车厢，采用４动２拖，分做两个单元，中间４节车为动车，车下安装有牵引逆 变 器（ＶＶＶＦ），两 头２节 为 拖 车，车 下 安装有辅助逆 变 器（ＡＰＵ），每 节 车 的 每 个 转 向 架 两 侧 边都安装有集电靴（全列１２个转向架中只有拖车的２位端转向架没有安装集电靴），全列共有２０个集电靴。每节拖车的车体 两 侧 装 有 车 间 电 源 插 座（ＶＰＤ１、ＶＰＤ２）。在接触轨 供 电 方 式 下，由 集 电 靴 从 接 触 轨 受 流，将 ＤＣ１５００Ｖ电源输送给车辆主电路。在滑触线供电方式下，通过拖车任一侧的车间电源插座与滑触线插头实现连接，列车主电路从滑触线受流ＤＣ１５００Ｖ电源，从而实现库内的列车牵引出、入库与车辆检修用电（见图１）。

列车为满足在接触轨受流运行、库内检修线出入库及库内检修３种情况的需要，列车的受电方式有３种模式，即接触轨供电模式、滑触线供电“１动５拖”模式、车间电源模式，３种受电模式的转换由拖车上供电模式转换开关（ＭＳ）实现转换（见图２）。

（１）接触轨供电模式时，列车在接触轨供电方式下牵引运行，列车主电路全部得电工作，列车２个拖车逆变器和４个动车牵引逆变器全部工作，全列集电靴在高压状态。

（２）滑触线供电“１动５拖”模 式 时，列 车 可 在 滑 触线供电方式下牵引列车出入库或实现库内调车，列车只有１个 动 车 牵 引 逆 变 器 工 作，即 由１个 动 车 牵 引 整 列车，**于在 检 修 线 以 低 于１０ｋｍ／ｈ速 度 运 行。这 时插有滑触线 插 头 的 拖 车（Ｔｃ车）的 辅 助 逆 变 器（ＡＰＵ）

主电路得电工作，以及靠近此拖车的动车（２车或５车）的牵引逆变器（ＶＶＶＦ）主电路得电工作。同时全 列 集电靴在无电状态，以保证库内检修人员的安全。

（３）车间电源模式时，只给插接滑触线插头的单个拖车辅助逆变器得电工作，４个动车主电路和全列集电靴都在无高压电状态，以满足车辆检修的用电需求和保证库内检修人员的安全。

列车从滑触线供电股道出库过程中，供电模式转换开关（ＭＳ）需从滑触线供电“１动５拖”模式转换成接触轨供电模式，列车从接触轨供电区域进入库内滑触线供电股道时，则供电模式转换开关（ＭＳ）需从接触轨供电模式转换成滑触线 供 电“１动５拖”模 式。无 论 出 库 还是入库，模式开关箱的转换都需列车停车，列车一半停在滑触线供电股道区，另一半停在接触轨转换区（又称中性轨）。模式开关箱转换前，必须关闭列车空调、照明等负载，停止列车辅助逆变器（ＡＰＵ）工作，断开列车高压供电（如果是列车出库，操作滑触线移动小车断电按扭，断开滑触线的高压供电；如果是列车入库，则降下列车受电靴，停止接触轨的高压供电）。当列车无高压供电，并从司机 室 高 压 显 示 表 确 认 列 车 供 电 高 压 为 ０Ｖ时，才能进行模式开关箱的操作。操作时，需操作员打开模式开关箱，手动操作模式开关箱闸刀（用专用绝缘操作杆操作）。

列车停放于 滑 触 线 供 电 股 道，供 电 模 式 转 换 开 关（ＭＳ）滑触线供电“１动５拖”模式与车间电源模式的相互转换，同样需关闭列车空调等负载，停止列车辅助逆变器（ＡＰＵ）工作，断开列车高压供电才能进行。列车３种供电模式下的转换，必须在列车全部集电靴未受流、模式开关箱无高压情况下进行，通过拖车车间电源插座（ＶＰＤ）与 滑 触 线 插 头 的 人 工 插 拔，以 及 手动操作模式开关箱闸刀才能实现转换，这无疑增加了转换时的作业程序，增大了安全风险。建议在以后的增购车辆或其他线路车辆设计中，将现有列车车间电源插座（ＶＰＤ）与滑触线插头的人工对孔插拔改成机械推导插拔方式，以降低插拔安全风险和插拔工艺要求；也建议将由闸刀开关进行转换的模式开关箱改成可由司机直接操控的电控自动模式开关箱（类似于其他地铁车辆的受电弓与集电靴的供电模式转换），以减少人工作业，降低直接操作供电模式开关箱的风险。

２ 滑触线供电方式下车辆牵引出、入库及其安全问题国内地铁线路采用接触轨供电方式时，车辆段库内供电基本采用架空接触网，则车辆同时配备受电弓和集电靴。列车入库时，升起受电弓，由受电弓受流，同时降下集电靴，停止使用集电靴；出库进入转换段时，升起集电靴受流，降下受电弓。列车的主电路也需要一系列转换，其转换通过司机台上集电靴／受电弓转换开关操作完成。而深圳地铁３号线车辆段库内检修线采用滑触线供电方式。滑触线供电即由滑触线的移动小车供电电缆及插头与车辆拖车主电路的车间电源插座（ＶＰＤ）相连，以 提 供１５００Ｖ 高 压 电 源 牵 引 列 车。列 车 动 车时，通过“拖 曳 索”拖 曳 悬 挂 在 滑 触 线 上 的 移 动 小 车 滑行。列车出入库时，半列车停于接触轨转换区（又称中性轨），另一半停留于滑触线供电股道区，在列车集电靴降靴无高压情况下，进行插头的插拔（出库时为拔除，入库时为插接）与模式开关箱的转换（入库时转换为滑触线供电的“１动５拖”模式，出库时转换为接触轨供电模式），从而实现供电方式的转换。滑触线供电方式下的车辆牵引出入库，分为３个步骤，即列车运行进入转换区，人工插拔插头和人工操作转换供电模式，列车由第三轨供电牵引出库或由滑触线供电牵引到达检修线停车位置（见图３）。

滑触线供电方式下车辆牵引出入库，作业环节多，作业过程较复杂，涉 及 的 岗 位 多（４个 岗 位：列 车 司 机、厂调、滑触线供电操作员与监护员），作业过程必须执行严格的安全联控。全线开通初期，车辆出、入库作业过程需要１３ｍｉｎ左右，发车时间过长，多次造成列车出库晚点。经过优化作业流程，改良操作工具，加强人员培训，目前发车出库时间达到７ｍｉｎ左右，已能满足正线运营收发车和库内调车的需要。

滑触线供电方式的转换，必须在设备无高压电下操作完成，操作员必须经过专门培训，作业时另需配备监护员进行全程监护。操作员需戴高压绝缘手套和高压绝缘鞋进行安全防护。

车辆在滑触线供电方式下牵引出、入库的过程中，由于仍有集电靴处在库前接触轨区，只要有一个集电靴受流，则全列集电靴和主电路都在高压状态。为确保检修人员及其他工作人员的绝对安全，库内人员作业时，必须注意人身和作业工具远离正在进行出、入库作业的车辆及其集电靴，至少保持７００ｍｍ 以上的安全距离。

深圳地铁三号线车辆日检的检修模式采用双日检作业模式，即每天上线运营的车辆只有一半车进行日检作业。正线运营和检修场地为“一线两场”运作模式，除一个车辆段外，还设立一个停车场作为日检作业和停放车辆需要。车辆段内除１０条检修线采用滑触线供电方式外，其他线路都采用接触轨供电方式。停车场９条检修线也采用滑触线供电方式。由于滑触线供电方式下车辆出、入段（场）作业较为复杂，花费工时多，安全风险相对较高，而接触轨供电方式发车不需要进行供电方式的转换，出入段时间仅需３ｍｉｎ左右，因此，不需检修的车辆尽量停放在由接触轨供电的停车线。

３ 接触轨供电方式下车辆发生的技术问题

３．１ 车辆在运行中的瞬间高压失电和列车设备因失电引起自动保护而停止工作问题

（１）深圳地铁３号线车辆采用接触轨供电方式，也存在车辆在运行中出现瞬间高压失电问题。为满足换轨取流需要，每列车共有２０个集电靴，列车两头*远端集电靴跨距达到１０９ｍ，列车每侧共１０个集电靴，集电靴与集电靴之间的距离分别为１９．５，１２．２、７．３ｍ。按照车辆设计要求，全列只要有２个集电靴在受流状态，则可以保证列车运行供电需要，即接触轨相邻锚段距离约在８９．５ｍ 内，就能保证全列车有２个集电靴在受流状态。但深圳地铁３号线线路在车辆段、停车场出、入段线处，段内调车牵出 线 以 及 正 线 道 岔、岔 群 区 内，由于设计 缺 陷 和 限 界 原 因，接触轨相邻锚段虽不超过８９．５ｍ，但道岔区内有部分接触轨有效长度较短（短于１９．５ｍ，或短于１２．２ｍ、甚至短于７．３ｍ），有的接触轨安装时偏离正常位置，甚至与运行通过列车的集电靴不发生接触，成为无效接触轨。当列车运行中两相邻集电靴刚好卡在接触轨空挡处时，则列车无法从接触轨取流而出现失压故障现象。如果列车正好在此处制动停车，则列车无法重新起动运行，需要由其他列车或工程车实施救援（在车辆调试期间曾出现过１次）。

（２）列车的瞬间失电还会引起牵引逆变器和辅助逆变器自动保护而停止工作的问题。车辆设计时，牵引逆变器设定３ｍｉｎ内出 现３次 及 以 上 失 压（低 于９５０Ｖ）时，将进行自动保护而 停止工作，辅 助 逆 变 器 设 定 １ｍｉｎ内出现２次及以上失压（低于８００Ｖ）时，也将进行自动保护而停止工作。出现此类故障时需要手动复位该逆变器控 制 电 源 开 关，逆 变 器 才 能 重 新 启 动 投 入 工作。由于线路岔群区存在列车无法连续取流而发生 瞬间失压现象，只要在３ｍｉｎ或１ｍｉｎ内超过上述设备的设定次数，则列车牵引逆变系统和辅助逆变系统会报失压故障而停止工作，严重时全列２个辅助逆变器和４个牵引逆变器同时报故障并停止工作（在车辆调试期间和运营初期多次出现），列车失去牵引力，无法继续运行。为防止发生上述问题，运营初期对出现失压的岔群区接触轨进行清查，对出现车辆受流**的接触轨锚段进行加装或延长，车辆运行中发生失压故障现象大大减少，但受线路限界原因，在车辆段和停车场出入段道岔区，仍有几条接触轨锚段不能满足列车的连续受流而出现失压现象，为此，制定了相关措施，尽可能防止列车在接触轨供电盲区停车而发生被迫救援的事件。因此，在线路设计阶 段，需 充 分 考 虑 线 路 条 件 和 列 车 取 流 的 需求，尽量避免存在接触轨供电盲区，确保运行中的列车能不间断受流。