地鐵電氣化接觸網短路實驗方法及技術性分析

吳文俊

摘 要：我國的城市規模在近年來不斷擴大，城市人口越來越多，地鐵作為一種通行效率極高的公共交通，近年來在大中型城市越來越受到重視。但是在地鐵的運行中，其接觸網一般在露天環境中使用，因此受到外界的影響較大。因此，在地鐵投入運行之前，有必對地鐵供電系統進行全面檢查，以確保其有效性。確保供電系統在發生故障后能立即解決問題，并將事故的程度控制在合理范圍內，從而有效減少對軌道交通的影響，并充分保證設備和乘客的安全。接觸網短路實驗是可以有效測試供電系統可靠性的預調試測試方法之一。下面主要分析實驗方法，希望為相關人員提供參考。

關鍵詞：地鐵電氣化;接觸網短路試驗;可靠性;實驗方法;技術性分析

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A

0 前言

由于工作條件的特殊性，地鐵電氣化接觸網斷路器跳閘的可能性相對較高，如果斷電將嚴重影響正常的地鐵運輸。經過分析，發現接觸網跳閘事故的主要原因是接地短路。因此，通過進行接觸網短路實驗以模擬接地電路的短路，可以準確地確定諸如接觸網阻抗值之類的基本參數并驗證故障的參數，對固定值設置提供更精確的保護，從而為接觸網故障的準確分析提供堅實的基礎。

1 地鐵電氣化接觸網短路實驗的含義和內容

地鐵電氣化接觸網短路實驗用于測試接觸網短路電流、牽引變電站短路電壓、AT接觸網短路電壓和分區所等。此外，還需要進行電磁兼容和廣泛的接地測試。

（1）測試接觸網故障裝置對故障位置檢驗的轉曲線，并通過獲得的相關試驗數據調整相關的參數設置和線路的單位電抗等，以使故障標記裝置的誤差控制在合理的范圍之內。 （2）針對機電保護的各種性能進行選擇性測試，比如后加速、啟動、動作以及延時等，以保證其功能可以執行，并根據試實驗結果進行適當的調整。

（3）檢查AT和變電站的數據上傳功能和自動同步記錄功能，以有效滿足標準設備故障的采樣時序要求。

（4）進行短路實驗時，必須檢查短路時鋼軌電位、信號電纜產生的感應噪聲以及每個軌條中短路電流的分布，以確定故障的抗干擾實驗。

2 地鐵電氣化接觸網短路實驗方法以及影響

2.1 地鐵電氣化接觸網短路實驗方法

新建地鐵的供電方式通常是AT供電方式，根據相關規定接觸網線路短路仿真的測試項目主要包括：完全并聯模式下的接觸網與鋼軌之間的短路實驗以及正饋線對鋼軌短路實驗;非并聯模式下的接觸網與鋼軌之間的短路實驗以及正饋線對鋼軌短路實驗;直接供電模式下接觸網與鋼軌之間的短路實驗以及正饋線對接觸網短路實驗。

2.2 地鐵電氣化接觸網短路實驗的理論分析

對于接觸網線短路實驗點，在第一個AT部分的末尾和第二個AT部分的中間位置設置AT供電方式。以AT的第一部分末尾的短路實驗為例。在地鐵電氣化接觸網對鋼軌短路實驗中，短路電流路徑如下：①變電站的主變壓器—②接觸網—③鋼軌—④吸上線—⑤保護線—⑥集中式變電站接地箱。如果接地，則短路電流的主要路徑為：①變電站的主變壓器—②接觸網—③大地—④變電所地網—⑤集中式變電站接地箱。

2.3 效果比較與分析

通過將接觸網對鋼軌與對地短路實驗進行比較，可以看出，對鋼軌短路實驗的優勢在于短路電流回路順暢。地鐵電氣化接觸網對鋼軌短路實驗時，牽引變電站和AT接觸網線處于短路狀態的短路電流和電壓參數，計算AT吸入電流比，并在計算短路點供電臂阻抗時接近理論值?？梢詼蚀_的分析并測試繼電保護選擇性、靈敏度和可靠性。對地短路實驗的準確性相對較低。

2.4 地鐵電氣化接觸網對鋼軌短路實驗的潛在影響

在地鐵電氣化接觸網短路實驗中，在AT供電方式下，短路電流非常大，短路電流值達到3 000 A～6 000 A。如果出現接觸不良的問題，則短路電流會燒毀鋼軌。盡管可以通過添加墊片并在適當的位置施加導電膏將短路線與鋼軌緊密地結合在一起，但在連接點處仍會出現不同程度的灼傷。相關規定表明，鋼軌表面缺陷軌頭踏面不得超過0.35 mm，其他位置不得超過0.50 mm。對于缺陷部位在同一天進行焊接修復，并在焊接過程中保持鋼軌鎖定軌溫不變，工作溫度應比鎖定實際溫度低0℃～20℃，焊接短軌時，短軌的長度必須至少為20 m。由此可見，地鐵電氣化接觸網對鋼軌短路實驗時，鋼軌極易出現灼燒風險，換句話說，只要連接部分的鋼軌灼燒超過0.50 mm，就必須焊接短軌，且短軌的長度不得小于20 m，直接花費約15萬元。這不僅會導致經濟損失，而且還會影響運輸的安全性。

2.5 地鐵電氣化接觸網短路實驗方法優化分析

鑒于地鐵電氣化接觸網短路實驗方法的缺點，需要找到解決方案，使短路實驗期間短路不直接連接到軌道，但可以提供相似的測試結果。在地鐵電氣化接觸網對鋼軌短路實驗中，短路電流路徑如下：①變電站的主變壓器—②接觸網—③鋼軌—④吸上線—⑤保護線—⑥集中式變電站接地箱。如果省略了③鋼軌，則還可以執行短路實驗。然后短路電流的路徑變為：①變電站的主變壓器—②接觸網—③吸上線—④保護線—⑤集中式變電站接地箱。在該方案中短路電流的回路也非常順暢。

在對短路電流的路徑進行有效分析之后，發現無需連接鋼軌和短接線，更改短路實驗點，使其靠近供電臂中的吸上線，然后直接連接吸上線和接觸網以完成短路實驗，即可避免接鋼軌試驗。在實驗期間使用此方法，則當前短路電流的路徑變為：①變電站的主變壓器—②接觸網—③吸上線—④保護線—⑤集中式變電站接地箱。短路電流回路也非常順暢，實驗效果與接鋼軌連接方法相同，有效地提供實驗的準確性，也可以大大降低短路實驗點對鋼軌造成的影響。

3 地鐵電氣化接觸網短路實驗條件分析

（1）編制接觸網短路實驗計劃并獲得監管部門，建設部門和其他相關部門的批準。

（2）建立短路實驗組織并明確職責。確保負責人，短路點操作人員和相關人員之間的通訊不間斷。測試現場的清場工作，所有非測試人員均撤離。如果屏蔽門連接到鋼軌，請確保短路實驗不會影響屏蔽門設備。

（3）確認試驗區域的接觸網斷電，在試驗期間不得連通，在測試期間，試驗區域20 m范圍內任何人都不得進入。 （4）在實驗之前，測試站的工程師和技術人員打開牽引變電站高壓輸入線門，并準備快速手動打開牽引變電站高壓輸入線路斷路器。如果在短路實驗期間斷路器未正常跳閘，現場負責人將手動切除牽引變電站的高壓輸入，以防止發生短路，從而嚴重損壞線路和設備。

（5）該項目應提供適當的報告/結果，確認系統中短路電流的期望值和設備的設計功率/標稱值，并生成文檔以方便示波器的工作范圍設置。

（6）系統已打開并正常運行，已安裝相應信號系統的跟蹤設備。必須確保不違反有關隔離軌道和正常返回牽引路徑的設計要求，并且確保牽引返回回路中的額定短路電流不會影響信號設備。

（7）確認實驗區域完成清場工作，確認適當備件的可用性，確認已遵循適當的實驗程序和關閉實驗區域的措施。提前告知其他單位試驗周期和時間，并要求在相關平臺上停止所有操作。

4 地鐵電氣化接觸網短路實驗注意事項

（1）在實驗過程中，應組織專家進行監督并準備備件。如果出現異常情況，必須及時更換。然后分析并總結損壞的原因，以有效防止實際使用中設備的損壞。

（2）短路實驗卡作為實驗的主要內容，充分體現了具體要求和相關要求的重點。只有做好短路卡的實施，才能從根本上保證短路實驗的順利進行。

（3）為了有效地保證實驗結果的準確性，在實驗中必須做好各項工作的配合。

（4）嚴格控制人數，完成設備綜合檢查和人員清場工作。實驗之后，必須仔細檢查測試區域中的變電站設備和接觸網設備，以確保它們工作正常。此外，諸如公共工程，電力服務和通訊設備之類的物品也必須在實驗完成后檢查設備的狀況，以有效地確保其工作狀況良好。

5 結束語

接觸網短路實驗作為電氣化地鐵聯合調試的項目，可以有效確保地鐵的安全高效運行，提高城市通行效率，為城市發展提供良好的基礎。

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