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區段存在專用軌不連通區段，為了保證列車在運行狀態下過斷軌區，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系。本文通過統計回流器和轉向架、回流軌等相關基本參數及位移量，進而對回流器垂向、橫向運動進行動態匹配分析，提出合理的專用軌端部彎頭的高度、回流靴的活動范圍，以保證列車在過斷軌區時，回流靴不會碰撞專用軌端部彎頭；回流器在正常工作位時，不會和專用軌發生脫離，并通過對回流器和受流器功能進行對比，分析設置熔斷器的必要性。

關鍵詞：回流器；專用軌；匹配分析

1"概述

為了消除回流電流對走行軌、軌旁電氣設備以及路基管線的雜散電流帶來的電腐蝕，國內已有多個地鐵項目采用了回流器專用軌技術。城軌項目采用受電弓受流，可設置回流器通過專用軌回流。在非回流軌區域，列車可以通過轉換開關從專用軌回流切換至走行軌回流。為了保證列車安全運行和回流器正常工作，需要對回流器與專用軌進行匹配分析。本文列出回流器與專用軌動態匹配分析需要的基本參數和位移量，統計出各系統及部件最大位移量，對回流器垂向、橫向運動進行動態匹配關系分析；同時對常規三軌受流器項目設置熔斷器必要性進行闡述，對比分析回流器設置熔斷器差異性。

2"動態匹配分析

2.1"動態匹配分析參數

回流器滑靴與專用軌為活動機械接觸，因此，如果保證回流器回流良好，需要考慮列車在運行過程中回流器與專用軌的機械動態匹配關系，包含垂向、橫向和入彎等工作的動態匹配。動態匹配分析所需的參數包括回流器、轉向架、專用軌和線路等幾個方面。基本參數如表1所示。

與受流器一樣，回流器安裝在轉向架構架上，因此匹配分析還需要考慮轉向架位移量，相關參數如表2所示。

考慮專用軌安裝存在縱向和橫向安裝誤差，且回流器工作時與專用軌緊密接觸，專用軌垂向方向受力也會存在撓度變形，且運行時間變長后專用軌也會存在磨耗，因此所需專用軌相關參數如表3所示。

基于以上統計的所有參數進行回流器與專用軌的動態匹配分析，以下按豎向和橫向兩個方面進行分析。

2.2"回流器豎向動態匹配分析

（1）當回流器處于工作位時，回流器滑塊不應與專用軌脫離，此時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，并考慮轉向架在豎向向上最大位移，此時回流器在自由位時的極限高度；Hr1-ΔYrd代表專用軌高度在考慮向下最大位移的極限高度，此時的回流器擺臂的位置處于最高點，而專用軌高度的位置處于最低點，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）當回流器處于自由位時，在車輛運行過程中回流器滑靴從斷軌區進入專用軌，需要從端部彎頭滑入，此時回流器滑靴位置應高于端部彎頭高度，否則回流器滑靴將會撞到回流軌端部彎頭。此時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代表回流器考慮轉向架在豎向向下最大位移，此時是回流器在自由位時的極限高度；Hr2+ΔYreu代表專用軌端部彎頭高度在考慮向上最大位移時的極限高度，此時回流器擺臂位置處于最低點，而專用軌端部彎頭的高度處于最高點，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）當回流器處于切除位時，主要考慮回流器已經處于切除位，但此時列車仍需要繼續運行（原則上回流器處于切除位時不允許動車）。根據EN"50119標準，供電制式為DC750V和DC1500V的三軌受流項目，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代表回流器考慮轉向架在豎向向下最大位移，此時是回流器在切除位時的極限高度；Hr1+ΔYru代表專用軌考慮向上最大位移的極限高度，此時的回流器擺臂處于切除位時的最低點，而專用軌位置的高度處于最高點。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"回流器橫向動態匹配分析

除了考慮豎向方向，還需要考慮橫向方向在極限情況下，回流器滑靴不應與專用軌脫離。此時需要考慮轉向架橫向位移、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

在常規三軌受流器項目中，列車主電路在受流器與碳滑塊之間設置了熔斷器。供電電路中，保護熔斷器是整個電路承載能力的薄弱環節。當列車過斷軌區或某一受流器因故障接地時，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電路的承載能力。列車在過斷軌區時，通過對受流器的布置以及斷軌區布置進行分析，同時計算電纜通過的電流值以及對電纜進行選型，可保證在最極限工況下只有最少受流器數量受流時，列車能夠正常運行。當受流器故障接地時，接地的受流器電勢最低，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，當電流超過熔斷器額定值一定時間后熔斷器斷開，以保護主電路免受傷害。

回流器在過斷軌區時，同樣會對回流器布置以及斷軌區布置進行分析，計算電纜通過的電流值對電纜進行選型。與受流器的不同之處在于，回流器與負極直接接觸，當部分回流器與大地導通（電阻大于通過專用軌接地）時，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，回流器處于主電路最末端，沒有下一級需要進行保護的設備，因此，回流器可以不設置熔斷器。

結語

本文對回流器與專用軌匹配分析所需要的基本參數和位移量進行了闡述，并且通過垂向和橫向兩個方面對回流器動態運動進行匹配關系分析。通過對比第三軌受流器項目主電路區別，對熔斷器設置進行了差異分析；通過動態匹配分析將保證回流器與專用軌良好接觸與工作，保證列車的安全運行。

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