故障狀態下接觸網供電分段設置方案研究

胡 博

（廈門軌道交通集團有限公司，福建廈門 361001）

1 引言

接觸網是城市軌道交通供電系統的重要組成部分，負責向城市軌道交通電動車組提供持續電能，是供電系統中無備用的重要設備。在功能設計上，接觸網系統應滿足工程運營初期、近期與遠期的行車規劃，安全可靠地向列車提供電能，滿足列車最高運行速度的運營需求。

隨著我國城市建設的快速發展，城市規模不斷擴大，北京、上海、廣州、南京等地區的城市軌道交通系統經過多年的建設與運營已初具規模。通過對上述地區城市軌道交通接觸網系統實際運行情況的調研，結合以往城市軌道交通工程建設中的設計經驗，針對廈門市軌道交通1號線工程1 500 V接觸網正線供電分段在設置中存在的問題進行分析和探討。根據行車專業提供的行車故障狀態交路運行圖，以增加故障狀態下供電能力靈活性為目標，確定該工程接觸網供電分段設置方案。

2 接觸網供電分段

根據國家標準，在城市軌道交通工程中，接觸網是向城市軌道交通列車提供持續電能且無備用的供電設備，架空接觸網按接觸懸掛的不同，分為柔性架空接觸網和剛性架空接觸網。

供電分段是通過在接觸網上架設特殊的設備或以不同的結構方式將整個供電系統分隔成若干個相互隔離的區域。

接觸網被供電分段分隔成若干個相互隔離的供電分區后，不同供電分區可以實現由對應的牽引變電所單獨供電，供電質量得到了保證。與此同時，若接觸網發生故障時，也可將故障范圍盡可能控制在相對安全的范圍內，保障運營可靠性。

受接觸網安裝處空間條件、安裝形式等要求限制，不同地區接觸網供電分段安裝形式有所差異，經調研，以下2種安裝方式較為常規。

2.1 柔性架空接觸網供電分段

柔性架空接觸網供電分段通常采用的安裝形式為分段絕緣器和錨段關節。

車輛受電弓與接觸網直接接觸取流，二者關系密切，相互影響。列車受電弓從柔性架空接觸網分段絕緣器下方滑過時，受到自身結構限制，接觸網導線與分段絕緣器安裝連接處存在受力“硬點”，接觸網和受電弓容易發生離線狀態，從而產生較為明顯的拉弧現象，對列車受流質量影響較大。因此僅在列車速度較低的場段線路及配線線路使用，如圖1所示。

圖1 柔性架空接觸網分段絕緣器實施效果

錨段關節形式適用于安裝空間較為寬敞的地面和高架區域的正線線路。這種情況下，2個相鄰供電分區的接觸線在供電分段處平行等高架設，列車受電弓經過供電分段時，拉弧現象基本上得以消除，從而提升了列車的受流質量，如圖2所示。

圖2 柔性架空接觸網錨段關節安裝

2.2 剛性架空接觸網供電分段

剛性架空接觸網供電分段通常采用的安裝形式是分段絕緣器和錨段關節。

剛性接觸網分段絕緣器一般安裝于空間狹小、列車速度較低的地下區段存車線、折返線、渡線等配線線路，具有節省空間的優點。受到自身結構限制，接觸網導線與分段絕緣器安裝連接處存在受力“硬點”，接觸網和受電弓容易發生離線狀態，從而產生較為明顯的拉弧現象，對列車受流質量影響較大，如圖3所示。

圖3 剛性架空接觸網分段絕緣器實施效果

地下區段正線剛性接觸網通常采用絕緣錨段關節安裝形式實現供電系統供電分段。錨段關節處2條匯流排平行重疊、水平間距300 mm安裝，重疊長度通常為6.6 m，包含4個接觸網懸掛點。2個相鄰供電分區的接觸線平行等高架設，類似于柔性接觸網錨段關節形式，列車受電弓經過供電分段時，拉弧現象基本上得以消除，從而提升了列車的受流質量，如圖4所示。

圖4 剛性架空接觸網錨段關節實施效果

3 錨段關節形式供電分段設置位置分析

GB 50157-2013《地鐵設計規范》第15.3.4條對供電分段的設置位置進行了規定，接觸網的供電分段應設在下列位置：①對于車站牽引變電所，設在列車進站端；② 對于區間牽引變電所，設在變電所直流電纜出口處；③配線與正線的銜接處；④車輛基地各電化庫入口處。

按規定，地鐵列車需靠右側行駛，由于線路節能坡的設計要求，列車惰行區段一般為車站列車進站端。通過對北京、上海、南京等地區地鐵運營情況的調研，錨段關節形式供電分段若設置在列車出站端，受電弓通過關節時，接觸線磨耗相對較大。主要原因是出站列車受電弓從下方滑過接觸網供電分段時，較大的列車啟動電流導致了接觸線的損傷。

因此，按照地鐵運行習慣及GB 50157-2013《地鐵設計規范》的要求，為改善弓網磨耗關系，針對有牽引變電所的車站，將供電分段設置在列車進站側。

4 故障狀態下接觸網供電分段方案

接觸網系統在故障狀態下的保障功能對接觸網供電分段設計方案提出了更高的要求。

通過對北京、上海、南京等地區地鐵運營后故障進行梳理及分析可知，由于供電分段正線僅設置在牽引變電所車站的兩端，接觸網發生故障時會造成若干車站及區間車輛無法運營，例如廈門地鐵文灶站發生故障，將軍祠站—湖濱東路站3個車站都會受到影響。

為解決此類問題，增加運營組織的靈活性，加強非正常運營狀態下的供電能力，結合本工程停車線和折返線多位于牽引變電所所在車站的特點，應在一些可能對降級運行方式產生較大影響的輔助配線區段，選擇適當位置設置供電分段和隔離開關。這樣，當停車線或折返線鄰接的2個供電分區中有部分區段出現事故時，能夠隔離事故區域，繼續發揮輔助配線的臨時折返或轉線運行功能，延長服務區間，提高降級運行模式下的運輸效率；保證列車可通過車站進行折返，組織臨時小交路運營，將事故范圍控制在盡可能小的范圍內，最大限度的保證服務水平，實現安全、可靠運營。

圖5為行車專業提供的故障狀態行車交路運行圖，根據圖5，本線可靈活設計以下5種供電分段方案。

圖5 行車故障狀態交路運行圖

（1）方案1。在文灶站—湖濱東路站區間左線新增1處接觸網電動聯絡隔離開關、接觸網絕緣錨段關節。當文灶站發生故障時，湖濱東路站—巖內站可以形成獨立的小交路運營，如圖6所示。

圖6 文灶站設置左線聯絡隔離開關供電示意圖

（2）方案2。在呂厝站—烏石浦站區間左、右線各新增1處接觸網電動聯絡隔離開關、接觸網絕緣錨段關節。當烏石浦站發生故障時，鎮海路站—呂厝站和殿前站—巖內站可以形成各自的小交路運營，如圖7所示。

圖7 烏石浦站設置左、右線聯絡隔離開關供電示意圖

（3）方案3。在殿前站—高崎站區間左、右線各新增1處接觸網電動聯絡隔離開關、接觸網絕緣錨段關節。當殿前站發生故障時，鎮海路站—火炬園站和集美學村站—巖內站可以形成各自的小交路運營，如圖8所示。

圖8 殿前站設置左、右線聯絡隔離開關供電示意圖

（4）方案4。在官任站—誠毅廣場站區間左、右線各新增1處接觸網電動聯絡隔離開關、接觸網絕緣錨段關節。當誠毅廣場站發生故障，鎮海路站—官任站和天水路站—巖內站可以形成各自的小交路運營，如圖9所示。

圖9 誠毅廣場站設置左、右線聯絡隔離開關供電示意圖

（5）方案5。在集美大道站—天水路站區間左線新增1處接觸網電動聯絡隔離開關、接觸網絕緣錨段關節。當天水路站發生故障時，鎮海路站—集美大道路站可以形成獨立運營的小交路，如圖10所示。

圖10 天水路站設置左線聯絡隔離開關供電示意圖

經過和線路、行車、總體、設計監理的多次討論，一致認為在線路故障運行交路的基礎上，充分利用配線功能，形成部分交路，使得故障狀態下接觸網具有更多的供電分段方案，增加供電的靈活性。

5 結束語

本文以廈門市軌道交通1號線工程為例，結合工程實際，提出了故障狀態下接觸網供電分段的設置方案，其他類似工程線路可以此作參考和借鑒。

結合故障狀態下的行車交路運行圖，設置相應的供電分段。當部分車站或接觸網發生故障時，仍能夠保證城市軌道交通車輛以小交路形式運行，減少故障對城市軌道交通運營質量的影響，提高了城市軌道交通降級運行模式下的運營保障功能，在一定程度上提升了旅客的出行體驗。