回流器與專用軌匹配分析研究

摘"要：由于車輛正線和停車場(chǎng)區(qū)段存在專用軌不連通區(qū)段，為了保證列車在運(yùn)行狀態(tài)下過斷軌區(qū)，回流器能有足夠良好的供電回流性能，且可保證回流器工作正常，因此需要分析回流器在不同工況下與專用軌的匹配關(guān)系。本文通過統(tǒng)計(jì)回流器和轉(zhuǎn)向架、回流軌等相關(guān)基本參數(shù)及位移量，進(jìn)而對(duì)回流器垂向、橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配分析，提出合理的專用軌端部彎頭的高度、回流靴的活動(dòng)范圍，以保證列車在過斷軌區(qū)時(shí)，回流靴不會(huì)碰撞專用軌端部彎頭；回流器在正常工作位時(shí)，不會(huì)和專用軌發(fā)生脫離，并通過對(duì)回流器和受流器功能進(jìn)行對(duì)比，分析設(shè)置熔斷器的必要性。

關(guān)鍵詞：回流器；專用軌；匹配分析

1"概述

為了消除回流電流對(duì)走行軌、軌旁電氣設(shè)備以及路基管線的雜散電流帶來的電腐蝕，國內(nèi)已有多個(gè)地鐵項(xiàng)目采用了回流器專用軌技術(shù)。城軌項(xiàng)目采用受電弓受流，可設(shè)置回流器通過專用軌回流。在非回流軌區(qū)域，列車可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)從專用軌回流切換至走行軌回流。為了保證列車安全運(yùn)行和回流器正常工作，需要對(duì)回流器與專用軌進(jìn)行匹配分析。本文列出回流器與專用軌動(dòng)態(tài)匹配分析需要的基本參數(shù)和位移量，統(tǒng)計(jì)出各系統(tǒng)及部件最大位移量，對(duì)回流器垂向、橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配關(guān)系分析；同時(shí)對(duì)常規(guī)三軌受流器項(xiàng)目設(shè)置熔斷器必要性進(jìn)行闡述，對(duì)比分析回流器設(shè)置熔斷器差異性。

2"動(dòng)態(tài)匹配分析

2.1"動(dòng)態(tài)匹配分析參數(shù)

回流器滑靴與專用軌為活動(dòng)機(jī)械接觸，因此，如果保證回流器回流良好，需要考慮列車在運(yùn)行過程中回流器與專用軌的機(jī)械動(dòng)態(tài)匹配關(guān)系，包含垂向、橫向和入彎等工作的動(dòng)態(tài)匹配。動(dòng)態(tài)匹配分析所需的參數(shù)包括回流器、轉(zhuǎn)向架、專用軌和線路等幾個(gè)方面。基本參數(shù)如表1所示。

與受流器一樣，回流器安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，因此匹配分析還需要考慮轉(zhuǎn)向架位移量，相關(guān)參數(shù)如表2所示。

考慮專用軌安裝存在縱向和橫向安裝誤差，且回流器工作時(shí)與專用軌緊密接觸，專用軌垂向方向受力也會(huì)存在撓度變形，且運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)后專用軌也會(huì)存在磨耗，因此所需專用軌相關(guān)參數(shù)如表3所示。

基于以上統(tǒng)計(jì)的所有參數(shù)進(jìn)行回流器與專用軌的動(dòng)態(tài)匹配分析，以下按豎向和橫向兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.2"回流器豎向動(dòng)態(tài)匹配分析

（1）當(dāng)回流器處于工作位時(shí)，回流器滑塊不應(yīng)與專用軌脫離，此時(shí)需要考慮回流器豎向向上最大位移和專用軌豎向向下最大位移及專用軌磨耗，應(yīng)滿足公式（1）要求，示意圖如圖1所示。

Hc1+ΔYcu+ΔYrd+ΔHvw＜Hr1（1）

如圖1所示，Hc1+ΔYcu+ΔHvw代表回流器滑塊磨耗到限，并考慮轉(zhuǎn)向架在豎向向上最大位移，此時(shí)回流器在自由位時(shí)的極限高度；Hr1-ΔYrd代表專用軌高度在考慮向下最大位移的極限高度，此時(shí)的回流器擺臂的位置處于最高點(diǎn)，而專用軌高度的位置處于最低點(diǎn)，在這種極限工況下，回流器滑塊與專用軌接觸則需要滿足前者位置低于后者，因此需要滿足公式（1）的要求。

（2）當(dāng)回流器處于自由位時(shí)，在車輛運(yùn)行過程中回流器滑靴從斷軌區(qū)進(jìn)入專用軌，需要從端部彎頭滑入，此時(shí)回流器滑靴位置應(yīng)高于端部彎頭高度，否則回流器滑靴將會(huì)撞到回流軌端部彎頭。此時(shí)需要考慮回流器豎向向上最大位移和專用軌豎向向下最大位移，需要滿足公式（2）的要求，示意圖如圖2所示。

Hr2+ΔYreu＜Hc1-ΔYcd（2）

如圖2所示，Hc1-ΔYcd代表回流器考慮轉(zhuǎn)向架在豎向向下最大位移，此時(shí)是回流器在自由位時(shí)的極限高度；Hr2+ΔYreu代表專用軌端部彎頭高度在考慮向上最大位移時(shí)的極限高度，此時(shí)回流器擺臂位置處于最低點(diǎn)，而專用軌端部彎頭的高度處于最高點(diǎn)，在這種極限工況下，回流器滑塊與專用軌接觸則需要滿足前者位置高于后者，因此需滿足公式（2）的要求。

（3）當(dāng)回流器處于切除位時(shí)，主要考慮回流器已經(jīng)處于切除位，但此時(shí)列車仍需要繼續(xù)運(yùn)行（原則上回流器處于切除位時(shí)不允許動(dòng)車）。根據(jù)EN"50119標(biāo)準(zhǔn)，供電制式為DC750V和DC1500V的三軌受流項(xiàng)目，需要考慮受流器滑塊與第三軌的最小安全間隙為50mm。而回流器為主電路負(fù)極，所以無須考慮安全間隙，且不需要考慮拉弧，因此安全間隙按0mm取值。此時(shí)考慮回流器豎向向下最大位移和專用軌豎向向上最大位移，需要滿足公式（3）的要求，示意圖如圖3所示。

（Hc2-ΔYcd）-（Hr1+ΔYru）＞Cmin（3）

如圖3所示，Hc2-ΔYcd代表回流器考慮轉(zhuǎn)向架在豎向向下最大位移，此時(shí)是回流器在切除位時(shí)的極限高度；Hr1+ΔYru代表專用軌考慮向上最大位移的極限高度，此時(shí)的回流器擺臂處于切除位時(shí)的最低點(diǎn)，而專用軌位置的高度處于最高點(diǎn)。在這種極限工況下，前者位置需要高于后者，因此需要滿足公式（3）的要求。

2.3"回流器橫向動(dòng)態(tài)匹配分析

除了考慮豎向方向，還需要考慮橫向方向在極限情況下，回流器滑靴不應(yīng)與專用軌脫離。此時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)向架橫向位移、專用軌橫向位移及線路中心線橫向位差值，需要滿足公式（4）的要求，示意圖如圖4所示。

ΔXc+ΔMt17-Δclt;（Wc+Wr）/2（4）

如圖4所示，最極限情況下回流器滑塊和專用軌橫向位移距離為各自寬度的一半，此時(shí)保證疊加了各方面最大的橫向位移后，滑塊與接觸軌的接觸面不脫離，因此需要滿足公式（4）的要求。

2.4"熔斷器匹配分析

在常規(guī)三軌受流器項(xiàng)目中，列車主電路在受流器與碳滑塊之間設(shè)置了熔斷器。供電電路中，保護(hù)熔斷器是整個(gè)電路承載能力的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)列車過斷軌區(qū)或某一受流器因故障接地時(shí)，受流器、受流器之間的主電路、匯流排電流將增大。因此，熔斷器的容量決定了整個(gè)電路的承載能力。列車在過斷軌區(qū)時(shí)，通過對(duì)受流器的布置以及斷軌區(qū)布置進(jìn)行分析，同時(shí)計(jì)算電纜通過的電流值以及對(duì)電纜進(jìn)行選型，可保證在最極限工況下只有最少受流器數(shù)量受流時(shí)，列車能夠正常運(yùn)行。當(dāng)受流器故障接地時(shí)，接地的受流器電勢(shì)最低，大電流直接通過正常的受流器、匯流母排流至接地的受流器并與大地導(dǎo)通，列車主電路線路及匯流排上電流增大，通過接地的受流器的電流最大，當(dāng)電流超過熔斷器額定值一定時(shí)間后熔斷器斷開，以保護(hù)主電路免受傷害。

回流器在過斷軌區(qū)時(shí)，同樣會(huì)對(duì)回流器布置以及斷軌區(qū)布置進(jìn)行分析，計(jì)算電纜通過的電流值對(duì)電纜進(jìn)行選型。與受流器的不同之處在于，回流器與負(fù)極直接接觸，當(dāng)部分回流器與大地導(dǎo)通（電阻大于通過專用軌接地）時(shí)，因存在貫穿整列車的回流器母線，因此，列車的回流功能將不受影響。同時(shí)，回流器處于主電路最末端，沒有下一級(jí)需要進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備，因此，回流器可以不設(shè)置熔斷器。

結(jié)語

本文對(duì)回流器與專用軌匹配分析所需要的基本參數(shù)和位移量進(jìn)行了闡述，并且通過垂向和橫向兩個(gè)方面對(duì)回流器動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行匹配關(guān)系分析。通過對(duì)比第三軌受流器項(xiàng)目主電路區(qū)別，對(duì)熔斷器設(shè)置進(jìn)行了差異分析；通過動(dòng)態(tài)匹配分析將保證回流器與專用軌良好接觸與工作，保證列車的安全運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：劉子沁（1991—"），女，漢族，湖南湘潭人，碩士研究生，工程師，研究方向：城軌車輛電氣設(shè)計(jì)。