淺談有軌電車地面供電系統(tǒng)過道岔技術(shù)

石曉磊

（中鐵電氣化局集團第一工程有限公司，北京100070）

1 引言

地面供電系統(tǒng)是由無架空線供電系統(tǒng)技術(shù)的領(lǐng)先者意大利Ansaldo STS 所研發(fā)的有軌電車地面供電系統(tǒng)，其先進設(shè)計將不影響汽機車行駛與行人跨越。通過安裝在地下導(dǎo)槽中的供電設(shè)備，利用磁力吸附和重力作用，為車輛提供連續(xù)可靠電源的接觸式供電系統(tǒng)。導(dǎo)槽內(nèi)安裝供電模塊、正極電纜及安全負極電纜。有軌電車車下安裝帶永磁鐵的受流器，當(dāng)列車經(jīng)過時通過磁力吸附模塊內(nèi)的柔性帶使正極導(dǎo)通，通過集電靴為列車供電，當(dāng)列車經(jīng)過后，柔性帶由于重力作用而下落，地面供電模塊與安全負極導(dǎo)通[1]。地面供電軌導(dǎo)電的必要條件為區(qū)段上有列車，且列車集電靴處于放下狀態(tài)，供電軌模塊內(nèi)部才會被激活而傳輸電流。此時，僅有與集電靴接觸的區(qū)段金屬板有電，其余區(qū)段仍維持無電狀態(tài)，可確保行人與車輛的安全，具有安全、環(huán)保、持續(xù)供電等優(yōu)點，工作原理如圖1所示。系統(tǒng)組成主要由地面供電模組、診斷系統(tǒng)和融冰融雪系統(tǒng)組成。供電模塊、診斷裝置、外接供電電纜及回流銅排均安裝在兩軌之間的導(dǎo)槽內(nèi)，供電系統(tǒng)額定電壓為直流750 V。

2 問題的由來

進入道岔區(qū)域之前，車載受流器的彈簧處于工作狀態(tài)，存在抬升壓力，因此，從受電區(qū)進入非受電區(qū)時，集電靴會因為受流器彈簧的彈性而與鋼軌碰撞，導(dǎo)致集電靴受損。為了避免在道岔的區(qū)域里集電靴受損及影響所有的目標和表面，通過設(shè)置一個可滑動的有斜坡的表面來引導(dǎo)集電靴“爬”到一個確定的高度，確保有足夠的空間通過道岔。

道岔區(qū)域由于其特殊性而無法安裝正常的地面供電模組，列車經(jīng)過時會短時失電，為保護車輛設(shè)備，需在進出道岔前對車載超級電容進行投切，保證車輛連續(xù)受電。

3 解決方案

為了保證車輛集電靴順利通過岔區(qū)，采用特殊填充材質(zhì)制作的滑塊來代替正常的地面供電模組供集電靴滑行，以保證車輛順利通過岔區(qū)[2]。通過在道岔區(qū)前后設(shè)置無源信標設(shè)備，使列車確認行駛狀態(tài)與道岔的位置關(guān)系，對車載超級電容進行投切。

3.1 采用尼龍材料填充無電區(qū)域并安裝滑塊

在道岔區(qū)域由于軌道布局，地面供電模塊物理上是不能安裝的，采用尼龍材料制成的無電滑行表面將被安裝使集電靴滑行通過道岔區(qū)域內(nèi)的交叉設(shè)備，這個區(qū)域被稱為“禁區(qū)”。道岔區(qū)為無電區(qū)，列車通過時集電靴抬起，在20～70 km/h 列車行進速度下，尼龍滑塊安裝表面高程應(yīng)低于正常供電模塊高程2 mm，可避免集電靴受撞影響，同時滿足滑塊整體安裝觀感，填充材料如圖2所示。

圖2 填充材料示意圖

3.2 虛擬模塊安裝

虛擬模塊不帶電。在虛擬模塊內(nèi)部，柔性帶一端固定在端部（禁區(qū)側(cè)）并且另一端自由下垂（供電模塊側(cè)）[3]。由于虛擬模塊不帶電，所以供電回路將在集電靴接觸到虛擬模塊之前切斷（電壓中斷設(shè)備斷開）。在第二個虛擬模塊內(nèi)電力可以被恢復(fù)（電壓中斷設(shè)備閉合）。當(dāng)前面集電靴的電壓中斷設(shè)備閉合并且前面集電靴進入帶電的地面供電模塊之后，車輛可以迅速地由地面供電系統(tǒng)供電。

3.3 信標的安裝

對于每個行駛的方向，在地面上裝上兩個信標。信標#1作為切斷電源的信標，該信標在虛擬模塊之前，目的是保障車輛在進入滑行模式之前將電流減弱到0。信標#2 作為恢復(fù)電源的信標，該信標的位置在禁區(qū)結(jié)束之前。信標點的數(shù)量與位置由信號系統(tǒng)決定。信標點部署如圖3所示。

圖3中禁區(qū)長度由線路決定（包括軌道軸距，道岔區(qū)彎曲半徑等）并且由模塊布置所限制。另外，禁區(qū)的長度是根據(jù)信標能被安裝在預(yù)期的軌道上的假設(shè)之上（當(dāng)然在軌道中心之外）。若由于空間的限制，信標點無法按照預(yù)期被安裝在鐵軌之間，禁區(qū)的長度也應(yīng)該相應(yīng)地增長。以西郊線為例分析，基本道岔類型的典型禁區(qū)長度總結(jié)如表1所示。

類型 長度1 221.907，軌道軸距3.65 m 27.001，軌道軸距4.5 m

由于車輛在禁區(qū)內(nèi)處于非受電狀態(tài)，為保障車輛上的電力能夠支持車輛行駛150 m 的距離（車站與道岔間的最少間距），包括車輛停車與啟動所需要的電量。車輛需安裝一個超級電容器，車輛在車站的停留時間足夠給超級電容器充電，電量滿足車輛經(jīng)過整個道岔不會出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過信標對機車的定位、超級電容的投切以及滑塊的精確安裝可使有軌電車順利通過道岔區(qū)域，掌握好地面供電系統(tǒng)過道岔技術(shù)，讓新型的地面供電方式在景觀要求較高的區(qū)域更具優(yōu)勢化，同時大運量短建設(shè)周期的特點，相信不久將成為城市解決交通問題的首選。