杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)工程新技術(shù)的運(yùn)用

傅俊武，程潤良，肖國軍，張建根

杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)工程新技術(shù)的運(yùn)用

傅俊武，程潤良，肖國軍，張建根

介紹杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)工程設(shè)計、供貨、施工優(yōu)化方案。剛性接觸網(wǎng)采用“之”字形布置代替正弦布置，減少接觸線磨損，彈性絕緣懸掛裝置的選用增加受電弓的穩(wěn)定性。提出電分段采用小交路模式，縮小事故范圍，并列舉了4種類型。根據(jù)運(yùn)營需求制定了3種銜接方案。

接觸網(wǎng)；“之”字形布置；彈性絕緣懸掛裝置；小交路模式

0 引言

杭州地鐵1號線由杭州蕭山區(qū)湘湖站至下沙江濱站、臨平支線客運(yùn)中心站至臨平站組成。線路全長約53.5 km，共設(shè)車站34座，車輛基地1座，停車場1座。1號線于2012年11月24日開通，正式投入試運(yùn)營。1號線接觸網(wǎng)工程，采用DC 1 500 V架空接觸網(wǎng)供電，正線地下區(qū)段、U形槽及出入段線隧道內(nèi)區(qū)段均采用架空“П”形剛性懸掛接觸網(wǎng)；地面、高架段、車場線采用柔性懸掛接觸網(wǎng)。

地鐵1號線接觸網(wǎng)工程在建造過程中，結(jié)合行業(yè)近年來生產(chǎn)經(jīng)驗教訓(xùn)，以及新技術(shù)發(fā)展，采用了一些新材料、新設(shè)備、新方案。新技術(shù)主要包括：為減少剛性接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗，采用剛性接觸網(wǎng)“之”字形錨段布置形式代替正弦布置形式，并選用一體化彈性絕緣懸掛裝置；為匹配非正常情況下的運(yùn)營小交路運(yùn)行，采取接觸網(wǎng)電氣分段優(yōu)化布置設(shè)計；為便于運(yùn)營檢修采用的帶電顯示裝置以及隧道壁接地裝置；國內(nèi)首創(chuàng)的防淹門處所采用的接觸網(wǎng)可斷開式裝置等。現(xiàn)將1號線接觸網(wǎng)新技術(shù)的運(yùn)用加以總結(jié)，供同行借鑒。

1 剛性接觸網(wǎng)磨耗改善技術(shù)措施

國內(nèi)地鐵第一條投入使用的架空剛性接觸網(wǎng)為廣州地鐵2號線。因其相對柔性接觸網(wǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝與維護(hù)保養(yǎng)簡便，故障率低等特點(diǎn)，在后續(xù)的國內(nèi)城市地鐵建設(shè)中得到廣泛運(yùn)用。但在運(yùn)營過程中，其接觸線與電客車受電弓局部磨耗問題日益凸顯。為此，杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)工程在實(shí)施前，就一些具體方案的選擇做了優(yōu)化。

1.1 剛性接觸網(wǎng)平面布置形式

國內(nèi)地鐵剛性接觸網(wǎng)平面布置中，多采用的是正弦布置，通常最大拉出值不超過250 mm，最大錨段長度不超過250 m，非絕緣錨段關(guān)節(jié)處拉出值多為±100 mm；絕緣錨段關(guān)節(jié)±150 mm（圖1）。

杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)采用一種新的布置方案—剛性接觸網(wǎng)“之”字形布置，見圖2。

該布置方式采用類似柔性接觸網(wǎng)平面布置形式，拉出值順線路保持恒定變化率。在一個錨段中，其半個錨段與下一個錨段的半個錨段保持同一恒定斜率，一般取3～5 mm/m，強(qiáng)調(diào)斜率上各點(diǎn)拉出值為控制點(diǎn)，最大拉出值處可以就匯流排順滑形態(tài)為準(zhǔn)。

該布置的突出特點(diǎn)：

（1）同正弦布置形式相比，就碳滑板質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡相對而言，有效拉長了單位錨段長度。

（2）接觸線在碳滑板上的掃動頻率盡量接近（運(yùn)動斜率一致），提高了碳滑板磨耗均勻度。

（3）在錨段長度及跨距固定的情況下，拉出值（含最大拉出值，可在300 mm內(nèi)調(diào)整）、絕緣、非絕緣錨段關(guān)節(jié)拉出值均不刻意固定，而依據(jù)斜率及跨距長度隨機(jī)布置。

采用該平面布置形式，具有減少磨耗量、延緩磨耗進(jìn)程、延長受電弓碳滑板使用壽命和更換周期、減少運(yùn)營維護(hù)工作量和運(yùn)營成本的顯著優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避正弦布置形式中全線最大拉出值、絕緣、非絕緣錨段關(guān)節(jié)拉出值固定（數(shù)量大），磨耗幾率偏大，局部磨耗的突出問題。

圖1 典型剛性懸掛正弦布置示意圖

圖2 剛性懸掛“之”字布置示意圖

1.2 彈性絕緣懸掛裝置的選用

杭州地鐵1號線剛性接觸網(wǎng)絕緣子全線采用了彈性絕緣懸掛裝置，其主要由夾持件（懸掛匯流排）、天然橡膠（彈性元件減小剛度）、硅橡膠與玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂（電氣絕緣）組成。如圖3所示。

圖3 彈性絕緣懸掛組件結(jié)構(gòu)圖

目前，地鐵車輛在運(yùn)行環(huán)境中，軌道結(jié)構(gòu)形式為弓網(wǎng)關(guān)系（剛性接觸網(wǎng)）敏感區(qū)，如車輛運(yùn)行的變坡、進(jìn)出站加（減）速、減震道床等地帶受軌道形態(tài)、輪軌振動、車輛晃動、彈性道床變形等影響，共同作用反應(yīng)于受電弓，從而影響受電弓的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過理論計算，懸掛點(diǎn)剛度的合理減少，給剛性架空接觸網(wǎng)提供一定的彈性（剛性減弱），能吸收和減弱受電弓對剛性接觸網(wǎng)的沖擊，改善弓網(wǎng)匹配關(guān)系，使接觸壓力盡量均化，減小接觸線和受電弓的磨耗，提高受流質(zhì)量。彈性絕緣懸掛裝置就是利用橡膠彈性元件產(chǎn)生變形，考慮匯流排自重載荷與車輛受電弓活動載荷下，產(chǎn)生一定的軸向彈性變形，從而改善弓網(wǎng)關(guān)系。彈性指標(biāo)為軸向施加1 kN負(fù)荷，彈性元件變形≮8 mm；軸向施加600 N負(fù)荷情況下，施加120 N活載荷，彈性元件恢復(fù)變形≮1 mm。

2 接觸網(wǎng)電氣分段優(yōu)化布置設(shè)計

《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2003）規(guī)定，線路的終點(diǎn)站或區(qū)段折返站應(yīng)設(shè)置專用折返線或折返渡線；當(dāng)2個具備臨時停車條件的車站相距過遠(yuǎn)時，根據(jù)運(yùn)營需要，宜在沿線每隔3～5個車站加設(shè)停車線或渡線。規(guī)范中折返線與停車線設(shè)置目的之一就是行車正常情況下的交路折返及臨時小交路折返（如線路、設(shè)備、車輛故障導(dǎo)致行車阻塞）。

吸取行業(yè)近年來的事故教訓(xùn)，匹配大小交路的需求，供電接觸網(wǎng)的電分段有必要優(yōu)化傳統(tǒng)的供電分段模式，考慮小交路模式，“上下一致”，才能保證緊急情況下能夠縮小事故范圍與應(yīng)急處理。

1號線車站4種典型配合折返的接觸網(wǎng)電氣分段類型如下：

（1）與出入段線接軌車站，考慮折返需要以及出入段線接觸網(wǎng)事故狀態(tài)不影響到正線運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)正線與出入段線接觸網(wǎng)電氣分段。考慮到出入段線與接軌車站為同一供電分區(qū)，則正常狀態(tài)下采用電動隔離開關(guān)閉合，緊急情況下打開，進(jìn)行電氣分段。其中要注意站前站后折返，電氣分段與車輛有效折返距離的匹配（圖4）。

圖4 出入段線接軌車站電氣分段示意圖

（2）牽引變電所所處車站為始發(fā)站，絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段宜設(shè)置在小里程端截面（上、下向）；牽引變電所所處車站為終點(diǎn)站，絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段設(shè)置，以站前、站后折返需要，并考慮線路延長等因素，以正線道岔為基準(zhǔn)，設(shè)置在大里程端（上、下向）保證交路循環(huán)。

（3）牽引變電所所處車站，在有區(qū)段折返要求的車站，可以通過采用絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段的匹配設(shè)置，以配合大客流截面端線路臨時交路運(yùn)營為準(zhǔn)（圖5）。

（4）為滿足臨時小交路運(yùn)營，供電電氣分段在有渡線或折返線的車站增加電分段（圖6），一旦出現(xiàn)區(qū)間故障，機(jī)動通過渡線或折返線進(jìn)行小交路運(yùn)營，使得行車組織更加靈活，事故范圍縮小。正線停車線的接觸網(wǎng)由電動隔離開關(guān)饋電，電源分別取自上下行接觸網(wǎng)，電動隔離開關(guān)納入電力監(jiān)控系統(tǒng)。

圖5 區(qū)段折返車站電氣分段示意圖（左邊為大客流方向）

圖6 折返車站增加電氣分段示意圖

3 運(yùn)營需求銜接方案配合

3.1 接觸網(wǎng)帶電顯示裝置

為了便于站務(wù)人員運(yùn)營前檢查，以及地鐵運(yùn)營維護(hù)檢修人員的帶電安全提醒與確認(rèn)，杭州地鐵1號線車站與站場全線采用了接觸網(wǎng)帶電顯示裝置。該裝置的設(shè)置原則：正線在每個車站兩端、左右線分別設(shè)置一處；車場庫內(nèi)接觸網(wǎng)按每股道電分段情況設(shè)置。

在運(yùn)用的過程中，要特別注意帶電顯示裝置的位置以及光強(qiáng)應(yīng)避免與信號系統(tǒng)信號顯示裝置發(fā)生混淆，不得干擾地鐵司機(jī)的行車瞭望。

3.2 隧道壁接地裝置的設(shè)置

飛機(jī)上搭載的GPS接收機(jī)采用武漢蒼穹電子儀器有限公司生產(chǎn)的P8接收機(jī)，它可以同時跟蹤觀測BDS、GPS、GLONASS衛(wèi)星信號。無人機(jī)航攝飛行時，機(jī)載GPS接收機(jī)采樣間隔0.2 s，并在測區(qū)內(nèi)架設(shè)了一個地面基準(zhǔn)站。GPS接收機(jī)與地面基準(zhǔn)站實(shí)現(xiàn)同步觀測，采用事后解算的方法獲取高精度機(jī)載POS坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

接觸網(wǎng)停電檢修時，需掛接地線，傳統(tǒng)方式為上端接接觸網(wǎng)，下端接鋼軌，由于接地線侵入設(shè)備限界，存在被工程車輛誤闖損壞接觸網(wǎng)的隱患。鑒于此，1號線設(shè)置不侵入設(shè)備限界的接觸網(wǎng)接地線懸掛裝置，上端在邊墻上設(shè)置接地線懸掛點(diǎn)，下端接電纜支架接地扁鋼或軌底。1號線正線接地線懸掛點(diǎn)每車站兩端、左右線各設(shè)置一處投入使用。

3.3 防淹門處剛性接觸網(wǎng)設(shè)計

防淹門處的剛性接觸網(wǎng)布置，目前國內(nèi)外皆無成熟經(jīng)驗可以借鑒，傳統(tǒng)方式采用小錨段方式，即在防淹門處設(shè)置小錨段，其具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低與便于實(shí)施等特點(diǎn)。但防淹門開啟與關(guān)閉的實(shí)現(xiàn)，是以接觸網(wǎng)小錨段得以強(qiáng)行破壞，防淹門無法完全密閉為代價，且無法做到常態(tài)正常運(yùn)營演練。

杭州地鐵1號線，在防淹門處剛性接觸網(wǎng)布置方案，為了克服傳統(tǒng)方案的一些缺點(diǎn)，組織設(shè)計院、供貨商、施工單位，開發(fā)出可斷開式匯流排接頭裝置（圖7）。該裝置由可斷開式接頭裝置A、B和控制回路3大部分組成。

采用該裝置后，具有以下特點(diǎn)：

（1）當(dāng)發(fā)生緊急情況時，位于防淹門開合范圍的剛性接觸網(wǎng)可迅速斷開，使防淹門在較短時間內(nèi)動作到位。

（2）可適應(yīng)平開式和提升式2種形式的防淹門。

（4）防淹門啟動時對接觸網(wǎng)系統(tǒng)完全不會造成任何破壞，在防淹門復(fù)位后架設(shè)恢復(fù)接觸網(wǎng)所需的時間更短。

（5）為平時檢驗防淹門功能提供了有利的條件。

（6）可斷開式匯流排接頭裝置考慮防誤動的電氣和機(jī)械閉鎖功能，確保運(yùn)營安全。

圖7 可斷開式匯流排接頭裝置平面布置及實(shí)物圖（左接頭A、右接頭B）

4 結(jié)語

杭州地鐵1號線接觸網(wǎng)工程從運(yùn)營實(shí)際出發(fā)，采用了一些新設(shè)備、新方案，克服了一些功能缺點(diǎn)與通病，通過一年多的運(yùn)營實(shí)踐，效果較好。考慮到技術(shù)、設(shè)備的運(yùn)營慣性，在實(shí)際運(yùn)營效果驗證基礎(chǔ)上，1號線接觸網(wǎng)工程新技術(shù)、新方案將在杭州地鐵后續(xù)線路的建設(shè)中進(jìn)一步運(yùn)用、優(yōu)化與總結(jié)提高。

[1] 施仲衡，周慶瑞，鄭曉薇，等.地鐵設(shè)計規(guī)范[S].GB50157-2003.北京：中國計劃出版，2003.

[2] 李夢和.剛性接觸網(wǎng)參數(shù)檢測與評價系統(tǒng)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2005.

The paper introduces the optimization of scheme for design, supply and construction of overhead contact system of Line 1 of Hangzhou Metro. The “stagger” arrangement instead of sinusoidal arrangement of rigid suspension of overhead contact system will reduce the friction of contact wires, and with flexible insulated suspension equipment as an option will improve the stability of pantograph. It puts forward that the minor routing mode applied for the neutral sectioning will decrease the scope of failure, and 4 types of routing modes are demonstrated accordingly. 3 types of connection schemes are made in accordance with the requirements of operation.

overhead contact system; “stagger” arrangement; flexible insulated suspension equipment; minor routing mode

U225

B

1007-936X(2014)04-0001-04

2013-11-17

傅俊武.杭州地鐵集團(tuán)公司機(jī)電設(shè)備部，高級工程師，電話：15168495786；

程潤良.杭州地鐵集團(tuán)公司，工程師；

肖國軍.杭州地鐵集團(tuán)公司，高級工程師；

張建根.杭州地鐵集團(tuán)公司，教授級高級工程師。