直流1500Ｖ接触轨系统**设计

1 项目背景

随着我国城市规模的扩大‚中心城市和卫星城市的组团、融合‚使得城市轨道交通线路不断延伸。目前‚在城市中心区以外‚为节省工程投资‚线路以高架

方式敷设已成为一种趋势‚但架空接触网影响城市景观的缺陷却暴露出来。为保护城市景观‚如果高架线路比重较大‚其直流牵引供电系统应将接触轨系统作为优选方案。保护城市景观不应该以整个供电系统技术水平倒退为代价‚在 ＤＣ750Ｖ接触轨系统和 ＤＣ1500Ｖ架空接触网系统均不能满足发展需要的情况下‚研究既能保证供电系统技术水平又能兼顾保护城市景观的 ＤＣ1500Ｖ接触轨系统就显得非常必要。

深圳市地铁 3号线大部分线路为高架线路 （高架线路占全长约 70％ ）‚保护城市景观的需求非常迫切。在深圳市地铁 3号线的总体设计方案中‚设计推荐了全线采用 ＤＣ1500Ｖ接触轨授流方式。由于该技术在国内没有实际运营的先例‚为此深圳市发展和改革局组织召开了由中国工程院院士和国内知名地铁专家参加的深圳市地铁 3号线牵引供电制式评审会‚从设计、施工、运营、管理、安全、风险等多个角度‚对本线牵引供电系统授流制式进行了细致，深入的比较论证。专家组认为‚深圳市地铁 3号线全线采用 ＤＣ1500Ｖ接触轨供电制式是合理的‚同时提出了 “以车辆段人身安全防护为重点‚对全线 ＤＣ1500Ｖ接触轨系统采取切实有效的安全防护技术措施 ”的要求。

通过采用系统保证和风险评估的方法‚ＤＣ1500Ｖ接触轨系统需对高架及地面区段的综合防雷保护、紧急停电按钮 （ＥＰＢ）控制系统、接触轨带电显示装置、滑触线系统、新型材质防护罩、新型接地短路装置进行**设计和研究。经过方案分析和论证‚编制用户需求书‚指导相关产品的设计和研制‚以上系统和装置在工程中得到了成功应用。

2 高架及地面区段综合防雷技术

2．1 问题的提出

建筑物、电气设备和人员在遭到雷击时‚其安全极易受到危害。雷击过电压的能量非常强‚雷电的放电电流一般为10～40ｋＡ‚在极大雷暴时高达430ｋＡ。为保障建筑物、电气设备和人员的安全‚防雷措施必不可少。

目前‚国内城市轨道交通在采用架空接触网供电时‚由于全线有一条贯通的架空地线兼作避雷线‚可以有效地避免雷电波对轨道交通设施带来的危害。采用接触轨供电‚一般不会在全线设置避雷线、避雷针等接闪器‚高架轨道线路可能处于高频雷击区‚其上运行的列车可能遭受雷击‚雷电波沿车体进入走行轨。由于走行轨处于电气悬浮状态‚即走行轨与道床之间采取了绝缘措施‚当走行轨出现雷电压时‚极可能将走行轨与道床之间的绝缘层击穿‚一方面大大增加了将来走行轨杂散电流的泄漏量‚另一方面可能破坏沿线与钢轨连接的设施‚还有可能造成车辆损坏。靠近牵引变电所处的走行轨如果遭到雷击‚雷电波会通过回流电缆引至牵引变电所的负极柜内‚造成电气设备的损坏。因此‚设计中应对高架及地面区段采取综合防雷措施。

2．2 工程措施

深圳地铁 3号线接触轨系统采用了下部接触授流方式‚全线接触轨均敷设了绝缘防护罩。防护罩从上部、左右侧面将接触轨包裹‚从雷电波选择电路导通的*优路径来看‚雷电是不会直接击中接触轨的。在设计中‚接触轨通常布置在中间疏散平台下‚钢制疏散平台与电缆支架接地扁钢相连‚接地良好；疏散平台是接触轨的良好避雷带‚接触轨处于该避雷带的保护工作范围之内。因此‚工程仅考虑了在接触轨上的网点、隧道洞门处的接触轨上设置避雷器‚防止各种可能的过电压。

在设计中‚将走行轨防雷作为重点‚全线走行轨每隔 300ｍ左右就设置避雷器‚防止雷击车辆或钢轨带来的危害。另外‚避雷器特性应综合考虑各相关系统设备绝缘配合需求。

为防止雷电波通过回流电缆引至牵引变电所的负极柜内‚造成电气设备的损坏‚高架及地面车站两端的上、下行钢轨均设置了避雷器‚防止雷电波侵入变电所或车站内带来的设备损坏或人员伤害；同时‚在相应牵引变电所负极柜母排增设避雷器。

3 紧急停电按钮控制系统

3．1 系统功能

为了在紧急情况下快速切断接触轨电源‚方便人员疏散和事故处理‚正线各车站控制室设置接触轨供电紧急停电按钮 （ＥＰＢ）控制系统‚车辆段车库内的电气化轨道线路每隔一定距离设置紧急停电按钮。紧急按钮带有操作显示‚并有必需的直接辅助触点‚当紧急停电按钮操作时‚使开关跳闸并发出警报。ＥＰＢ分闸后‚闭锁相关直流断路器合闸‚直到 ＥＰＢ当地手动复归后‚方可进行直流断路器的本地／远程合闸。

3．2 系统构成及原理

正线 ＥＰＢ按钮设置于 ＩＢＰ盘上‚方便运营人员操作及观察。在有牵引变电所的车站‚ＩＢＰ盘上设置紧急分闸按钮及断路器状态指示灯‚紧急分闸功能可通过控制电缆‚对本车站牵引变电所直流 1500Ｖ馈线开关发出跳闸信号‚并联跳对应车站牵引变电所的直流 1500Ｖ馈线开关；在无牵引变电所的车站‚ＥＰＢ通过控制电缆接入经过本站的直流断路器联跳回路‚对本车站两端的相邻牵引变电所直流 1500Ｖ馈线开关发出跳闸信号‚联跳本站两端相邻牵引变电所直流 1500Ｖ馈线开关。

车辆段紧急分闸按钮通过控制电缆连至库内的继电器控制箱‚通过继电器控制箱进行信号集中中继、隔离转换后‚输出直接跳闸信号至车辆段牵引变电所相关直流1500Ｖ馈线断路器‚驱动对应的直流断路器直接紧急跳闸。

4 接触轨带电显示装置

为直观显示接触轨的带电状态‚方便运营维护人员在轨行区工作‚在正线停车线和折返线道岔区、车辆段库内股道旁和检修库外中性区‚需设置接触轨带电显示装置。

接触轨带电显示装置采用电压检测元件来采样接触轨电压‚并触发状态指示灯来显示相应状态‚电压检测元件考虑了安全降压及带熔断器保护。在带电显示装置面板上‚设置了检测按钮及红色、绿色状态指示灯（红色为带电‚绿色为不带电 ）。

5 ＵＰＶＣ材质防护罩

接触轨防护罩通常采用玻璃钢 （ＧＲＰ）材质‚具有低烟无卤、难燃、耐大气老化、耐酸碱、耐腐蚀、耐热老化的性能特点‚在地下及地面区段均适用‚但价格较高。对深圳地铁 3号线而言‚地面及高架段约 25ｋｍ‚双线线路‚研究开发技术性能好、价格低的新型防护罩是必要的。ＵＰＶＣ材质防护罩适合在线路敞开段使用‚价格约为 ＧＲＰ材质的一半。因此‚设计和研制出各项技术性能均满足要求的 ＵＰＶＣ材质防护罩‚具有较好的经济意义。

为满足在深圳气候条件下的正常使用年限‚研制的 ＵＰＶＣ材质防护罩采取了以下技术措施：

· 使用上等树脂；

· 选用耐候性优良的助剂 ＡＣＲ；

· 添加无铅型稳定剂‚增强抵御含硫化合物的腐蚀；

· 选择合适的光屏蔽剂-金红石型复合钛白粉和紫外线吸收剂 ＵＶ531、ＧＷ540的种类与用量；

· 选用灰色‚添加适量上等专用炭黑‚提高耐光性；

· 使用涂装涂料。

试验结果显示‚研制的 ＵＰＶＣ材质防护罩的性能优良‚适合本工程的应用需求。

6 滑触线系统

6．1 功能说明

在车辆段设置滑触线系统的目的‚在于让维修人员能够安全、有效率地完成日常的列车检修工作‚降低接触轨授流方式对轨旁工作人员带来的危险。深圳地铁3号线横岗车辆段运用库2层有10条列检／检查线‚均不设接触轨‚采用了滑触线系统。

在运用库外的咽喉区‚设置长度长于一列车的接触轨中性段作为发车区‚其供电分段采用隔离开关‚以使其供电独立于其他轨行区线路的接触轨‚避免出现接触轨和滑触线同时给车辆供电的情况。

在进库时‚列车由发车区接触轨供电‚驶入库内安全位置停下‚并切断负荷‚然后打开隔离开关‚中断由接触轨供电；接上滑触线系统后‚采用滑触线系统提供的牵引电源‚以手动模式慢速开动‚直接驶往预定位置停下‚其间无需停车或转换电源接头。

在离库时‚发车区隔离开关打开‚列车由滑触线系统供电‚驶至库前安全位置停下并切断负荷‚然后与滑触线系统隔离‚合上发车区隔离开关‚再由发车区接触轨供电驶离。

6．2 系统构成

滑触线系统包括与建筑结构连接的金属支架及底座、绝缘子、滑触线导体、绝缘防护罩、滑触线导体连接线夹、悬挂线夹、电连接线夹、中心锚结装置、温度补偿连接板、集电器智能小车、终端挡块、带电信号灯、直流电缆、与车辆连接的耦合接头装置、耦合接头装置专用存放箱、配套连接金具、支架接地扁铜、专用工具、必要的测试设备等。

集电器智能小车配备有智能控制单元‚配合在静调柜基础上研制的滑触线控制柜‚实现滑触线系统的控制、保护和安全联锁功能。

7 接地短路装置的研发思路

7．1 功能说明

目前‚接触轨系统的维修接地通常是在接触轨停电后‚在接触轨端部弯头预留挂环上挂接地线。该办法受限于固定地点‚不易操作‚且不能在接触轨带电的情况下实施。新型接地短路装置应能在任何地点方便地短接接触轨与钢轨 （或地线 ）‚能够承受短路电流的冲击。使用该装置‚能充分保障运营维护人员到轨旁作业；在紧急情况下‚列车司机还可使用放置在轨旁的该装置‚直接短接接触轨和钢轨‚确保疏散人员的安全。

7．2 研发思路

新型接触轨接地短路装置应由走行轨卡爪 （接地扁钢卡爪 ）、接触轨卡爪、连接电缆和绝缘操作手柄组成。操作人员首先将走行轨卡爪与钢轨连接好‚然后操作绝缘手柄将接触轨卡爪与接触轨良好接触‚达到接触轨短路的目的。目前‚该装置处于研发阶段。

8 结语

深圳地铁 3号线全线 ＤＣ1500Ｖ接触轨系统的实施‚促成了以上几项**设计与研究成果‚进一步完善了 ＤＣ1500Ｖ接触轨系统的成套技术。这些技术的应用‚将为类似轨道交通工程提供参考‚并在工程实践中得到升华与提高。