側移式活動接觸網技術在電力機車整備及檢修作業中的應用研究

丁 莉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環工處，天津 300142)

1 概述

2004年我國首條客運專線——秦沈客運專線開通運行，作為首條客運專線動車組運用檢修設施——皇姑屯動車運用所承擔了“中華之星”、“先鋒”號動車組的運用檢修作業。2001年鐵三院機環處機輛所在借鑒國外先進技術的基礎上，開始研究側移式活動接觸網技術，2002年完成了部級科研報告，經歷了調研、設計、試制、應用等研發過程，與北京鐵道所聯合于2006年6月設計、研制出側移式活動接觸網系統設備，成功的應用于皇姑屯動車運用所臨修庫至今，首次實現了對動車組整列鏇修、更換轉向架而無需解體的動態臨修作業。從運用實際看，動車組的鏇輪工作頻繁、量大，側移式活動接觸網系統設備對于動車組連續安全高效的不落輪鏇修作業具有很好的輔助作用，大大提高了動車組的運用效率。

側移式活動接觸網系統設備是專用于動車運用所臨修庫臨修作業的配套設備，具有自動控制、狀態顯示、過載保護、安全聯鎖功能，可通過PLC控制側移式活動接觸網的擺動，并與隔離開關、庫大門、起重機、信號燈進行聯鎖，動車組由司機自行牽引進入臨修位進行臨修作業。該系統設備中的鐵道側移式剛性活動接觸電網2009年3月獲得國家知識產權局頒發的實用新型專利證書。

2 側移式活動接觸網技術與設備研究

根據檢修工藝、工藝布局要求，研究側移式活動接觸網技術與設備首次在皇姑屯動車運用所臨修作業中的實際應用。

(1)檢修工藝要求

臨修庫的檢修工藝內容是整列動車組進庫進行不落輪鏇修和轉向架更換。進行臨修作業時要求隔斷電網，在非臨修作業時要求動車組自行受電進出庫。

(2)臨修庫布局要求

臨修庫軸線48 m×12 m，庫內設計股道1條，股道中心線距庫軸線4.5 m，股道上依次設有鏇輪與更換轉向架工位;庫內設進出庫大門各1扇，20/5 t起重機1臺，走行軌頂設計高程9 m，紅外輻射采暖1套，設計標高6.0 m，側移式活動接觸網系統設備設在臨修庫內南側墻，接觸網標高5.3 m，滿足整個動車運用所接觸網網絡統一設計值要求。如圖1所示。

圖1 臨修庫側移式活動接觸網布置(單位:mm)

(3)側移式活動接觸網系統設備組成

側移式活動接觸網系統設備是由剛性接觸網系統、電氣聯鎖控制系統、高壓引入系統、安全接地系統等四大部分構成。剛性接觸網系統包括固定剛性接觸網、活動剛性接觸網，電氣聯鎖控制系統包括PLC控制器及軟件、控制臺;高壓引入系統包括電連接線、電連接裝置;安全接地系統包括接地線、接地裝置。如圖2所示。

(4)側移式活動接觸網設置原則

①設置長度及分段滿足工藝及庫長設計要求。

②分段結構滿足整體剛性要求。

③整體運行滿足平穩性要求。

④盡量縮短不必要的非檢修作業時間。

⑤設備結構與操作滿足安裝方便、操作簡單、使用安全要求。

(5)側移式活動接觸網工作原理

當動車組要動車，也就是活動接觸網在工作狀態，活動接觸網依次移動到股道中心，與庫兩端的電連接接通，動車組通過活動接觸網自行受電動車;當動車組不動車，也就是活動接觸網在非工作狀態，活動接觸網依次移動到股道(起重機限界)外，斷開庫兩端的電網，動車組進行臨修作業。

(6)系統及臨修作業流程(圖3)

①初始位

隔離開關斷開到位;起重機在初始位;活動接觸網擺到非工作位(即起重機限界外);按下初始位按鈕，庫外入庫信號機顯示紅燈，庫內LED顯示屏顯示“禁止作業”。

②進車位

起重機在初始位并鎖定;不落輪鏇設備及轉向架更換設備移動軌道在行車位;大門打開到位并鎖定;活動接觸網擺到工作位(即股道中心);黃色燈警示30 s后，閉合隔離開關，按下進車位按鈕，庫外入庫信號機白燈亮，庫內LED顯示屏顯示“禁止作業”，動車組可以入庫。

③鏇輪位

動車組入庫并定位在不落輪鏇車床工作位;降下受電弓;斷開隔離開關;活動接觸網擺到非工作位，按下鏇輪位按鈕，庫外入庫信號機紅燈亮，庫內LED顯示屏顯示“允許作業”，動車組可以進行鏇輪作業。

④轉向架位

活動接觸網擺到工作位;黃燈警示30 s后，閉合隔離開關;庫內LED顯示屏顯示“禁止作業”。動車組升弓運行到更換轉向架工作位。動車組降下受電弓，斷開隔離開關;活動接觸網旋回非工作位;起重機解鎖。按下轉向架位按鈕，庫外信號機紅燈亮，庫內LED顯示屏顯示“允許作業”。

動車組進行更換轉向架作業，作業完畢或者不進行更換轉向架作業，起重機回到初始位并鎖定，活動接觸網旋到工作位，黃燈警示30 s后，閉合隔離開關，動車組升弓運行到下一個鏇輪位，重復③和④的作業，直到整列動車組鏇輪和更換轉向架作業完畢。

⑤出庫位

起重機回到初始位并鎖定;活動接觸網擺到非工作位;黃燈警示30 s后，閉合隔離開關;按下出庫位按鈕，庫內LED顯示屏顯示“禁止作業”，庫內出庫信號機白燈亮，動車組可以升弓出庫。

(7)系統設備主要功能與特點

①手動及自動控制功能

手動:每個活動段可單獨控制，用于調試或故障檢修。

自動:整個系統 PLC自動控制，用于正常作業狀態。

②聯鎖控制功能

圖3 側移式活動接觸網動作程序

隔離開關、大門、天車、活動接觸網、信號機、鏇輪設備、轉向架更換設備具有電氣聯鎖。

聯鎖控制1:天車在初始位并鎖定，活動接觸網擺出到工作位，操作員鑰匙開關打開，報警30 s完畢，隔離開關才可閉合。

聯鎖控制2:隔離開關斷開，活動接觸網擺回到非工作位，天車才可移動進行作業。

聯鎖控制3:當天車在初始位并鎖定，隔離開關斷開，活動接觸網才可移動。

聯鎖控制4:當動車組出庫，隔離開關斷開，活動接觸網擺回非工作位，大門才可關閉。

③狀態顯示報警功能

隔離開關開閉狀態顯示、活動接觸網到位狀態、動車是否允許出入庫信號顯示、活動接觸網有無電顯示、起重機到位并鎖定顯示、庫大門開閉狀態顯示、是否允許臨修作業提示、臨修工位顯示、設備故障報警提示、工位聲光警示。

(8)系統安全性設計

①高壓部分與各剛體的安全絕緣距離全部大于400～500 mm，大于設計規范要求。

②室內外信號聯鎖、室內起重機聯鎖、進出庫大門聯鎖、進庫隔離開關聯鎖等保護設計，確保作業人員安全。

③所有設施工作狀態顯示及故障報警功能，確保設備安全。

④受電連續安全保障。在活動段兩端引入并聯高壓電(受庫外同一隔離開關控制)，當電網接通時，確保受電弓滑到活動段時受電連續，避免受電過程斷電打火。

⑤庫內引入高壓電與庫外高壓電為串聯設計，共用庫前隔離開關，當隔離開關接通時，庫內庫外同時帶電，當隔離開關斷開時，隔離開關之后接觸網(庫內庫外高壓線)同時斷電并接地，確保庫內作業安全。

⑥專用接地保護系統，確保絕緣子失效或擊穿時，設備及作業人員安全。

⑦設備所有支架及用電點全部進行接零保護。

⑧當活動接觸網擺回限界外時，直接接入接地保護系統，使活動接觸網殘余電完全釋放，確保設備及人員安全。

總之，活動式接觸網的總體設計原則是把滿足檢修作業安全放在設計的首位，從動車組的進庫開始到動車組的出庫，從設備結構、布局到操作控制都進行了全方位的安全設計。

(9)設備可靠性設計

①支架采用板焊工字結構，強度剛度好且外形美觀，便于安裝。

②傳動機構采用德國SEW產品，性能穩定、質量可靠。

③所有接觸網連接點均采用柔性連接，過渡平穩、可靠，沒有硬點。

④主要導流件(匯流排)公稱截面:2 213.7 mm2，弓網壓力70～140 N，行車速度:80～120 km/h。

(10)設備主要技術參數

接觸網長度:

固定段1 6.57 m 活動段1 23.4 m

固定段2 7.57 m 活動段2 18.4 m

車庫內長度:48 m

活動接觸網電壓等級:25 kV 50 Hz單相交流

活動接觸網接觸線高度:5.3 m(以地面軌頂高程±0.00 m)

活動接觸網工作范圍:工作——非工作狀態最大轉角80°～85°

活動接觸網擺動速度/擺動線速度:0.695 r/min/225.5 mm/s

活動接觸網設備總重:2 151 kg

受電弓對接觸網壓力:70±10 N

設備總容量:0.74 kW

工作狀態轉換時間:26 s/段 52 s/工作狀態104 s/循環(1 min 44 s)

控制方式:地面控制臺操作

控制電源:～380 V/220 V 50 Hz 三相五線

絕緣子額定抗拉破壞負荷:≥60 kN

絕緣子額定抗彎破壞負荷:≥4 kN

絕緣子逐個拉伸試驗負荷:≥32 kN

絕緣子逐個彎曲試驗負荷:≥2.4 kN

絕緣子的最小安全系數:4.8

(11)設備主要應用實例

結合皇姑屯動車運用所成功的應用經驗，并經過不斷的改進設計，側移式活動接觸網系統設備廣泛的應用在動車段(所)的臨修庫及三、四級檢修庫中，并取廣泛的認可。見表1。

表1 設備在動車應用實例

3 側移式活動接觸網技術在電力機車整備及檢修后試驗作業中的推廣應用

(1)在整備棚機車整備作業中的應用

①機車整備作業

機務段的機車整備作業一般在整備棚(庫)內進行，包括車頂、車體、車底的整備和檢查。其作業流程為:機車入段檢查洗車——機車進入整備臺位——交班整備檢查——機車出整備臺位進入待班臺位——待班檢查接班——機車出待班臺位——機車出段，整備作業時間大約為1 h。

②在整備作業中電力機車的供電方式

根據機車整備作業特點，機車進入整備臺位的供電方式有自行受電動車、牽車機牽車、牽車電源牽車等多種方式，因整備作業需要必須在無電狀態下整備，以確保作業人員的人身安全。整備臺位整備作業無電狀態分為有網－作業無電、作業無網無電、有網－作業無網3種整備作業供電方式。

有網－作業無電:機車自行受電進入整備臺位，整備作業時通過安全聯鎖系統隔斷臺位上空電網，這種方式整備作業效率高，但不能實現雷雨天氣情況下的整備作業。

作業無網無電:機車通過牽車設備進入整備臺位，整備作業時臺位上空無電網，這種方式整備作業可以保證絕對的安全，但整備效率比較低。

有網－作業無網:機車通過活動接觸網自行受電進入整備臺位，整備作業時移開活動接觸網，臺位上空無電網，這種方式整備作業既可以保證絕對的安全，也可以保證整備作業效率高。

綜合比選，有網－作業無網供電方式對于電力機車整備作業是一種既安全又高效的供電方式，建議在今后的電力機車整備作業中推薦采用。

③側移式活動接觸網在電力機車整備作業中的優越性

隨著電力機車的更新換代，和諧型大功率交流電力機車逐步替代直流電力機車，交流電力機車的動車電源完全不同于直流電力機車，不同的交流機車，制式不同，引機入庫要求不同，目前采用有拖纜式、滑線式、牽車機牽引式等各種牽車方式均不具備安全、高效共存的特性。隨著各機務段對安全、高效、標準的整備作業需求認知，側移式活動接觸網在電力機車整備作業中，作為一種新型的高壓供電技術越來越顯現出其優越性，特別對交流電力機車整備作業更突顯其安全、高效的特點。

④在機車整備作業中的應用實例

結合側移式活動接觸網系統設備在動車段(所)的廣泛應用，并結合電力機車整備領域作業的特點，將側移式活動接觸網技術成功的推廣到電力機車整備作業中。見表2。

(2)在機車檢修后試驗作業中的應用

①側移式活動接觸網在電力機車檢修后試驗作業中的優越性

機務段的機車檢修后應進行高壓試驗、整車試運。其作業流程為:機車通過側移式活動接觸網進入試驗庫——通過活動接觸網供電進行高壓試驗或整車試運——機車通過移式活動接觸網牽出試驗庫，其作業效率顯而易見。

②在機車檢修后試驗中的應用實例(表3)

表2 設備在機車整備應用實例

表3 設備在機車檢修應用實例

4 結語

側移式活動接觸網技術對于機車整備作業、高壓試驗作業是一種新型的高壓供電新技術，杜絕了傳統的高壓供電方式在機車整備、高壓試驗作業中產生的不安全因素，在整備棚內可完全實現全天候機車整備、高壓試驗作業，真正實現機車無病上線運行。

(1)側移式活動接觸網設備與機車安全監控、隔離開關聯鎖、三層作業平臺等設備組合，在集中監控狀態下可實現車頂、車體、車底立體平行整備作業，極大地提高了作業效率，是標準化整備作業首選的配套設備。

(2)側移式活動接觸網設備通過計算機聯鎖控制來實現整備、檢修試驗作業的安全性，突破了傳統的高壓供電在機車整備、高壓試驗中的局限性，不僅提高了機車整備、檢修作業的效率，而且拓展了高壓供電技術的應用范圍。

近年來，隨著動車運用檢修設施設計的不斷完善，全路52個動車運用所的臨修設施中，側移式活動接觸網技術得到了廣泛的應用，運用效率、使用效果顯著。該技術最顯著的特點是:在不解編車組的條件下，實現車組自行受電動車完成依次鏇輪、更換轉向架等臨修作業。隨著側移式活動接觸網技術的不斷完善及拓展延伸，全路7個動車段的三四級檢修庫的動車電源也廣泛采用側移式活動接觸網技術，隨著交流電力機車時代的到來，側移式活動接觸網技術在機車整備作業、試驗作業中也充分發揮了其安全、高效的特點，充分體現了該技術在電力牽引供電領域，特別是在電力機車運用維護方面具有越來越廣泛的應用前景。

［1］TB10009—2005，鐵路電力牽引供電設計規范［S］.

［2］TZ208—2007，客運專線鐵路電力牽引供電施工技術指南［S］.

［3］JBT5892—1991，高壓線路用有機復合絕緣子技術條件［S］.

［4］GB50254—1996，電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規范［S］.

［5］GB50258—1996，電氣裝置安裝工程1kV及以下配線工程施工及驗收規范［S］.

［6］GB50168—2006，電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范［S］.

［7］GB50055—1993，通用用電設備配電設計規范［S］.

［8］GB50254—1996，電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規范［S］.

［9］GB50169—1992，電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范［S］.

［10］GB/T2887—2000，電子計算機場地通用規范［S］.

［11］GB/T50311—2007，建筑與建筑群綜合布線工程系統設計規范［S］.

［12］YD/T5070—2005，公用計算機互聯網工程驗收規范［S］.

［13］TB10004—2008，鐵路機務設備設計規范［S］.

［14］韓永軍.武漢動車段檢查庫設計思考［J］.鐵道標準設計，2011(5):110-112.

［15］牟曉東.機車運用維修段檢修設備配備的思考［J］.鐵道標準設計，2012(7):124-127.