紹興2號線回流模式轉換相關問題研究

魏義山，王 穎，吳 煉

（紹興市軌道交通集團有限公司，浙江 紹興 312099）

紹興2號線地鐵車輛采用受電弓受流、專用軌回流制式，由于紹興2號線初期不設置車輛段，共用紹興1號線萬繡路車輛段進行定修，紹興2號線地鐵車輛需通過聯絡通道轉線至紹興1號線線路運行，由于紹興1號線采用鋼軌回流，而紹興2號線采用專用軌回流，因此紹興2號線地鐵車輛需同時具備專用軌回流和鋼軌回流2種模式，并且在聯絡通道處進行回流模式的轉換，地鐵車輛和聯絡通道處均需具備回流模式轉換的條件。當紹興2號線地鐵車輛回流靴全部接觸不良或懸空時或在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉換為專用軌回流時，如果采用常規地鐵車輛輔助供電電路接線設計，會出現回流靴帶電的問題，存在觸電安全隱患。

1 回流模式轉換相關問題研究

1.1 回流轉換開關設置問題

1.1.1 問題來源

紹興2號線地鐵車輛采用4節編組，每2節車為1個單元，總計2個單元，每個單元均設置受電弓，地鐵車輛在聯絡通道處從紹興2號線線路轉換至紹興1號線線路時，需要在停車狀態下將回流模式由“專用軌回流”轉換為“鋼軌回流”，從紹興1號線線路轉換至紹興2號線線路時，需要在停車狀態下將回流模式由“鋼軌回流”轉換至“專用軌回流”。地鐵車輛既要具備專用軌回流模式，同時需具備鋼軌回流模式，因此需在車輛上設置專用裝置進行不同回流模式轉換，專用軌回流模式下車輛主電路設計增設貫通式回流母線[1]，鋼軌回流模式車輛主電路設計與常規地鐵車輛一致。

1.1.2 解決措施

根據回流轉換需求及車輛實際條件，研究確定在車輛上設置回流轉換開關以控制不同回流模式的轉換，回流轉換開關控制電路圖及控制邏輯如下。

1.1.2.1 回流轉換開關控制電路圖

回流轉換開關通過外部繼電接點給出允許、正轉、反轉控制指令，并通過回流轉換開關輔助觸點檢測轉換開關位置狀態，回流轉換開關涉及牽引系統主電路如圖1所示，回流轉換開關控制電路如圖2所示。

圖1 牽引系統主電路框圖

圖2 回流轉換開關控制電路圖（ST位）

1.1.2.2 回流轉換開關控制邏輯

回流轉換開關控制邏輯如表1所示。

表1 回流轉換開關控制邏輯

通過回流轉換開關及相關電路的設置，車輛具備了靈活轉換回流模式的功能，能可靠運行于鋼軌回流線路和專用軌回流線路，滿足在紹興2號線及紹興1號線轉線運行的需求。

1.2 聯絡通道回流模式轉換問題

1.2.1 問題來源

在初期設計文件中，聯絡通道處紹興1號線部分按鋼軌回流進行供電和軌道等專業設計，紹興2號線部分按專用軌回流進行供電和軌道等專業設計，聯絡通道中心位置作為2條線路的分界點，在分界點處設置鋼軌絕緣節和接觸網絕緣分段，初期聯絡通道設備設置如圖3所示。

圖3 初期聯絡通道設備設置

通過理論分析，紹興2號線地鐵車輛在聯絡通道處由紹興2號線至紹興1號線運行時，此時列車處于專用軌回流位，1單元車輛會逐漸運行至紹興1號線線路鋼軌回流區，列車停車時需要施加電制動，此時牽引電機通過再生制動變為發電機，因供電系統專用軌與鋼軌間單向隔離，牽引系統電制動能量無法被正常吸收，電制動電壓升高，車輛電制動電壓為接觸網對鋼軌電壓，供電系統保護電壓為接觸網對專用軌電壓，導致電壓無法正常匹配，可能會引起供電系統框架電壓保護動作，紹興2號線地鐵車輛在聯絡通道處由紹興1號線至紹興2號線運行也存在同樣問題。

紹興2號線地鐵車輛通過聯絡通道時，需要1單元和2單元車輛均通過紹興1號線和紹興2號線各自的變電站進行供電和回流，供電和回流須構成一個回路，遵循“從哪來回哪去”的原則，即來自各自線路變電站的供電，其回流也需回到各自的變電站。當列車在聯絡通道中間位置停車進行回流模式轉換，再次啟動時，由于車輛高壓母線是單元貫通，沒有全列車貫通，因此車輛將有1個單元因無法回流而損失牽引動力，影響列車通過聯絡通道和轉線運行效率。

1.2.2 解決措施

針對在聯絡通道進行回流模式轉換時遇到的問題，供電和軌道專業更改了初期設計文件中對于聯絡通道處的設備設置方案，在聯絡通道兩端分別設置鋼軌絕緣節，專用軌從紹興2號線鋪設至紹興1號線鋼軌絕緣節，鋼軌絕緣處理從紹興1號線安裝至紹興2號線鋼軌絕緣節，靠近紹興1號線一端接觸網設置分段絕緣器且與紹興1號線鋼軌絕緣節對齊，在鋼軌和專用軌之間設置單導裝置，最新聯絡通道設備設置如圖4所示。

圖4 最新聯絡通道設備設置

紹興2號線地鐵車輛在聯絡通道處由紹興2號線至紹興1號線運行時，列車在聯絡通道兩鋼軌絕緣節中間區段停車，將回流轉換開關由“專用軌回流”位轉換至“鋼軌回流”位，列車啟動運行時，1單元和2單元車輛均通過鋼軌及單導裝置至專用軌進行回流，當列車1單元受電弓運行至紹興1號線接觸網時，1單元列車此時牽引所消耗的能量或電制動產生的能量可以通過紹興1號線的鋼軌進行回流，2單元列車此時牽引所消耗的能量或電制動產生的能量可以通過紹興2號線的專用軌進行回流，直至整列車運行至紹興1號線線路上，在整個運行過程中，列車牽引系統電制動能量均能被正常吸收，不會引起供電系統框架電壓保護動作，紹興2號線地鐵車輛在聯絡通道處由紹興1號線至紹興2號線的運行原理相同。

紹興2號線地鐵車輛牽引系統單元貫通，因此即使紹興1號線接觸網與紹興2號線接觸網電勢不同，也不會引起牽引回路短路，紹興2號線地鐵車輛輔助系統全列車貫通，但輔助高壓回路設置了隔離二極管，能夠有效隔離紹興1號線接觸網與紹興2號線接觸網的電壓，因此列車在聯絡通道運行時對牽引系統和輔助系統均不會造成任何不利影響，不會造成列車動力損失和空調照明等輔助設備失電。

1.3 回流靴帶電問題

1.3.1 問題來源

當列車處于“專用軌回流”模式時，回流靴可靠接觸回流軌，能構成完整的供電回路，就不存在回流靴帶電風險；當列車處于“專用軌回流”模式時，回流靴全部接觸不良或懸空時，將無法構成供電回路，正常升弓或庫用供電時，如果采用常規地鐵車輛輔助供電電路接線設計，回流靴會帶電且電壓接近供電電壓，有觸電安全風險。當列車在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉換為專用軌回流時，回流靴帶電原理相同。

專用軌回流模式時，如果回流靴未接入，正常升弓時，牽引逆變器（高速斷路器閉合狀態）和輔助逆變器因未檢測到電壓，其預充電接觸器不會閉合，高壓預充電電路處于斷開狀態，不會存在回流靴帶電風險。但輔助逆變器設置了應急啟動裝置（DPBS），應急啟動裝置內部主要為電容和電阻，在專用軌回流模式時，如果回流靴未接入，電壓會經過應急啟動裝置到接地電容（C1），從而出現上述回流靴帶電現象，常規地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑如圖5所示。

圖5 常規地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑

因此在受電弓升弓或車間電源供電時，且在專用軌回流模式下，當回流靴全部接觸不良或懸空時，電容C1可通過圖3箭頭所示路徑進行充電，電容C1兩端電壓接近供電電壓，且由于該電容C1無放電路徑，且與回流靴相連，對外表現為回流靴與車體之間有高壓存在。此時，如有人員誤操作觸摸回流靴，將存在觸電風險。

1.3.2 解決措施

通過更改應急啟動裝置回流接線方案，避免C1電容不正常充電。將應急電源輸入端的負線從輔助電源箱中單獨引出，接到鋼軌接地排或接地裝置上。當回流靴全部接觸不良或懸空或在紹興1號線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉換為專用軌回流時，C1電容無充電路徑，回流靴無帶電風險，且應急啟動功能不受影響，更改后的地鐵車輛輔助供電電路如圖6所示。

圖6 更改后地鐵車輛輔助供電電路

更改應急啟動裝置的回流接線，既能保證列車功能完整，又可徹底消除風險，紹興2號線采用該種方案可解決特定模式下的回流靴帶電風險問題。

2 總結

紹興2號線采用專用軌回流新技術，配套設計的地鐵車輛為國內地鐵車輛的新制式，在紹興2號線地鐵車輛和聯絡通道設計過程中遇到了眾多與常規地鐵車輛和聯絡通道截然不同的復雜技術問題，本文詳細闡述了回流模式轉換遇到的相關問題，并進行針對性分析，提出解決措施，進行設計優化，并在后續進行回流模式轉換相關專項驗證。