杭州地鐵1號線接觸網工程新技術的運用

傅俊武，程潤良，肖國軍，張建根

杭州地鐵1號線接觸網工程新技術的運用

傅俊武，程潤良，肖國軍，張建根

介紹杭州地鐵1號線接觸網工程設計、供貨、施工優化方案。剛性接觸網采用“之”字形布置代替正弦布置，減少接觸線磨損，彈性絕緣懸掛裝置的選用增加受電弓的穩定性。提出電分段采用小交路模式，縮小事故范圍，并列舉了4種類型。根據運營需求制定了3種銜接方案。

接觸網；“之”字形布置；彈性絕緣懸掛裝置；小交路模式

0 引言

杭州地鐵1號線由杭州蕭山區湘湖站至下沙江濱站、臨平支線客運中心站至臨平站組成。線路全長約53.5 km，共設車站34座，車輛基地1座，停車場1座。1號線于2012年11月24日開通，正式投入試運營。1號線接觸網工程，采用DC 1 500 V架空接觸網供電，正線地下區段、U形槽及出入段線隧道內區段均采用架空“П”形剛性懸掛接觸網；地面、高架段、車場線采用柔性懸掛接觸網。

地鐵1號線接觸網工程在建造過程中，結合行業近年來生產經驗教訓，以及新技術發展，采用了一些新材料、新設備、新方案。新技術主要包括：為減少剛性接觸網導線磨耗，采用剛性接觸網“之”字形錨段布置形式代替正弦布置形式，并選用一體化彈性絕緣懸掛裝置；為匹配非正常情況下的運營小交路運行，采取接觸網電氣分段優化布置設計；為便于運營檢修采用的帶電顯示裝置以及隧道壁接地裝置；國內首創的防淹門處所采用的接觸網可斷開式裝置等。現將1號線接觸網新技術的運用加以總結，供同行借鑒。

1 剛性接觸網磨耗改善技術措施

國內地鐵第一條投入使用的架空剛性接觸網為廣州地鐵2號線。因其相對柔性接觸網，具有結構簡單、安裝與維護保養簡便，故障率低等特點，在后續的國內城市地鐵建設中得到廣泛運用。但在運營過程中，其接觸線與電客車受電弓局部磨耗問題日益凸顯。為此，杭州地鐵1號線接觸網工程在實施前，就一些具體方案的選擇做了優化。

1.1 剛性接觸網平面布置形式

國內地鐵剛性接觸網平面布置中，多采用的是正弦布置，通常最大拉出值不超過250 mm，最大錨段長度不超過250 m，非絕緣錨段關節處拉出值多為±100 mm；絕緣錨段關節±150 mm（圖1）。

杭州地鐵1號線接觸網采用一種新的布置方案—剛性接觸網“之”字形布置，見圖2。

該布置方式采用類似柔性接觸網平面布置形式，拉出值順線路保持恒定變化率。在一個錨段中，其半個錨段與下一個錨段的半個錨段保持同一恒定斜率，一般取3～5 mm/m，強調斜率上各點拉出值為控制點，最大拉出值處可以就匯流排順滑形態為準。

該布置的突出特點：

（1）同正弦布置形式相比，就碳滑板質點運動軌跡相對而言，有效拉長了單位錨段長度。

（2）接觸線在碳滑板上的掃動頻率盡量接近（運動斜率一致），提高了碳滑板磨耗均勻度。

（3）在錨段長度及跨距固定的情況下，拉出值（含最大拉出值，可在300 mm內調整）、絕緣、非絕緣錨段關節拉出值均不刻意固定，而依據斜率及跨距長度隨機布置。

采用該平面布置形式，具有減少磨耗量、延緩磨耗進程、延長受電弓碳滑板使用壽命和更換周期、減少運營維護工作量和運營成本的顯著優點，規避正弦布置形式中全線最大拉出值、絕緣、非絕緣錨段關節拉出值固定（數量大），磨耗幾率偏大，局部磨耗的突出問題。

圖1 典型剛性懸掛正弦布置示意圖

圖2 剛性懸掛“之”字布置示意圖

1.2 彈性絕緣懸掛裝置的選用

杭州地鐵1號線剛性接觸網絕緣子全線采用了彈性絕緣懸掛裝置，其主要由夾持件（懸掛匯流排）、天然橡膠（彈性元件減小剛度）、硅橡膠與玻璃纖維增強環氧樹脂（電氣絕緣）組成。如圖3所示。

圖3 彈性絕緣懸掛組件結構圖

目前，地鐵車輛在運行環境中，軌道結構形式為弓網關系（剛性接觸網）敏感區，如車輛運行的變坡、進出站加（減）速、減震道床等地帶受軌道形態、輪軌振動、車輛晃動、彈性道床變形等影響，共同作用反應于受電弓，從而影響受電弓的運行穩定性。通過理論計算，懸掛點剛度的合理減少，給剛性架空接觸網提供一定的彈性（剛性減弱），能吸收和減弱受電弓對剛性接觸網的沖擊，改善弓網匹配關系，使接觸壓力盡量均化，減小接觸線和受電弓的磨耗，提高受流質量。彈性絕緣懸掛裝置就是利用橡膠彈性元件產生變形，考慮匯流排自重載荷與車輛受電弓活動載荷下，產生一定的軸向彈性變形，從而改善弓網關系。彈性指標為軸向施加1 kN負荷，彈性元件變形≮8 mm；軸向施加600 N負荷情況下，施加120 N活載荷，彈性元件恢復變形≮1 mm。

2 接觸網電氣分段優化布置設計

《地鐵設計規范》（GB50157-2003）規定，線路的終點站或區段折返站應設置專用折返線或折返渡線；當2個具備臨時停車條件的車站相距過遠時，根據運營需要，宜在沿線每隔3～5個車站加設停車線或渡線。規范中折返線與停車線設置目的之一就是行車正常情況下的交路折返及臨時小交路折返（如線路、設備、車輛故障導致行車阻塞）。

吸取行業近年來的事故教訓，匹配大小交路的需求，供電接觸網的電分段有必要優化傳統的供電分段模式，考慮小交路模式，“上下一致”，才能保證緊急情況下能夠縮小事故范圍與應急處理。

1號線車站4種典型配合折返的接觸網電氣分段類型如下：

（1）與出入段線接軌車站，考慮折返需要以及出入段線接觸網事故狀態不影響到正線運營，實現正線與出入段線接觸網電氣分段。考慮到出入段線與接軌車站為同一供電分區，則正常狀態下采用電動隔離開關閉合，緊急情況下打開，進行電氣分段。其中要注意站前站后折返，電氣分段與車輛有效折返距離的匹配（圖4）。

圖4 出入段線接軌車站電氣分段示意圖

（2）牽引變電所所處車站為始發站，絕緣錨段關節電分段宜設置在小里程端截面（上、下向）；牽引變電所所處車站為終點站，絕緣錨段關節電分段設置，以站前、站后折返需要，并考慮線路延長等因素，以正線道岔為基準，設置在大里程端（上、下向）保證交路循環。

（3）牽引變電所所處車站，在有區段折返要求的車站，可以通過采用絕緣錨段關節電分段的匹配設置，以配合大客流截面端線路臨時交路運營為準（圖5）。

（4）為滿足臨時小交路運營，供電電氣分段在有渡線或折返線的車站增加電分段（圖6），一旦出現區間故障，機動通過渡線或折返線進行小交路運營，使得行車組織更加靈活，事故范圍縮小。正線停車線的接觸網由電動隔離開關饋電，電源分別取自上下行接觸網，電動隔離開關納入電力監控系統。

圖5 區段折返車站電氣分段示意圖（左邊為大客流方向）

圖6 折返車站增加電氣分段示意圖

3 運營需求銜接方案配合

3.1 接觸網帶電顯示裝置

為了便于站務人員運營前檢查，以及地鐵運營維護檢修人員的帶電安全提醒與確認，杭州地鐵1號線車站與站場全線采用了接觸網帶電顯示裝置。該裝置的設置原則：正線在每個車站兩端、左右線分別設置一處；車場庫內接觸網按每股道電分段情況設置。

在運用的過程中，要特別注意帶電顯示裝置的位置以及光強應避免與信號系統信號顯示裝置發生混淆，不得干擾地鐵司機的行車瞭望。

3.2 隧道壁接地裝置的設置

飛機上搭載的GPS接收機采用武漢蒼穹電子儀器有限公司生產的P8接收機，它可以同時跟蹤觀測BDS、GPS、GLONASS衛星信號。無人機航攝飛行時，機載GPS接收機采樣間隔0.2 s，并在測區內架設了一個地面基準站。GPS接收機與地面基準站實現同步觀測，采用事后解算的方法獲取高精度機載POS坐標數據。

接觸網停電檢修時，需掛接地線，傳統方式為上端接接觸網，下端接鋼軌，由于接地線侵入設備限界，存在被工程車輛誤闖損壞接觸網的隱患。鑒于此，1號線設置不侵入設備限界的接觸網接地線懸掛裝置，上端在邊墻上設置接地線懸掛點，下端接電纜支架接地扁鋼或軌底。1號線正線接地線懸掛點每車站兩端、左右線各設置一處投入使用。

3.3 防淹門處剛性接觸網設計

防淹門處的剛性接觸網布置，目前國內外皆無成熟經驗可以借鑒，傳統方式采用小錨段方式，即在防淹門處設置小錨段，其具有結構簡單，成本低與便于實施等特點。但防淹門開啟與關閉的實現，是以接觸網小錨段得以強行破壞，防淹門無法完全密閉為代價，且無法做到常態正常運營演練。

杭州地鐵1號線，在防淹門處剛性接觸網布置方案，為了克服傳統方案的一些缺點，組織設計院、供貨商、施工單位，開發出可斷開式匯流排接頭裝置（圖7）。該裝置由可斷開式接頭裝置A、B和控制回路3大部分組成。

采用該裝置后，具有以下特點：

（1）當發生緊急情況時，位于防淹門開合范圍的剛性接觸網可迅速斷開，使防淹門在較短時間內動作到位。

（2）可適應平開式和提升式2種形式的防淹門。

（4）防淹門啟動時對接觸網系統完全不會造成任何破壞，在防淹門復位后架設恢復接觸網所需的時間更短。

（5）為平時檢驗防淹門功能提供了有利的條件。

（6）可斷開式匯流排接頭裝置考慮防誤動的電氣和機械閉鎖功能，確保運營安全。

圖7 可斷開式匯流排接頭裝置平面布置及實物圖（左接頭A、右接頭B）

4 結語

杭州地鐵1號線接觸網工程從運營實際出發，采用了一些新設備、新方案，克服了一些功能缺點與通病，通過一年多的運營實踐，效果較好。考慮到技術、設備的運營慣性，在實際運營效果驗證基礎上，1號線接觸網工程新技術、新方案將在杭州地鐵后續線路的建設中進一步運用、優化與總結提高。

[1] 施仲衡，周慶瑞，鄭曉薇，等.地鐵設計規范[S].GB50157-2003.北京：中國計劃出版，2003.

[2] 李夢和.剛性接觸網參數檢測與評價系統研究[D].成都：西南交通大學，2005.

The paper introduces the optimization of scheme for design, supply and construction of overhead contact system of Line 1 of Hangzhou Metro. The “stagger” arrangement instead of sinusoidal arrangement of rigid suspension of overhead contact system will reduce the friction of contact wires, and with flexible insulated suspension equipment as an option will improve the stability of pantograph. It puts forward that the minor routing mode applied for the neutral sectioning will decrease the scope of failure, and 4 types of routing modes are demonstrated accordingly. 3 types of connection schemes are made in accordance with the requirements of operation.

overhead contact system; “stagger” arrangement; flexible insulated suspension equipment; minor routing mode

U225

B

1007-936X(2014)04-0001-04

2013-11-17

傅俊武.杭州地鐵集團公司機電設備部，高級工程師，電話：15168495786；

程潤良.杭州地鐵集團公司，工程師；

肖國軍.杭州地鐵集團公司，高級工程師；

張建根.杭州地鐵集團公司，教授級高級工程師。