广州地铁四号线网轨转换段设置方案

广州地铁四号线网轨转换段设置方案

广州地铁四号线采用c-1500v第三轨（以下简称c-三次轨）的供电方式，车辆段采用c-1500v高架接触网电源的方式，并在车辆段的进出线上设置网旁通道。其中网轨并行运营供电、DC1500V三轨供电,在国内外均是独树一帜,在城市轨道交通领域是一项重大技术创新。本文针对工程应用出现的一些关键技术进行阐述,以期与国内同行共同探讨及研究。1dc150v电压等级根据IEC913标准规定,DC1500V电压等级带电体与接地体的距离最小静态间隙为150mm,最小动态间隙为100mm;DC750V电压等级最小静态的间隙和动态间隙均为25mm。由于电压等级的提高,系统绝缘及安全防护更加重要。由于DC1500V三轨安装地点与轨道齐平,与其他轨旁设备在同一个层次,并在人可触及有效范围内。因此,该轨在设计控制上不但要重点保证导电轨(第三轨)对地绝缘满足标准规定的绝缘距离外,而且还要考虑如何屏蔽其他专业相关设备的电磁干扰,从而加强自身的防护等级,尽可能地减少带电体的裸露范围。1.1跨距离子束受流效果DC1500V三轨的受流方式主要有上部受流、下部受流2种,表1给出了2种受流方式下的安装示意和系统组成。2种受流方式均能满足机车集电靴平稳取流,适应速度等级均为100km/h,通过合理的跨距布置,受流效果相当,而关键是防护安全性能不同。2种受流方案都采用了较为先进的整体防护罩技术,但上部受流方案中工作人员在走行轨一侧触电的可能性远高于下部受流方案,而且上部受流方案对周围环境、尘埃、雪雨等造成的污染防护能力比较差。从对人身安全保护角度出发,尤其是对DC1500V三轨而言,下部受流方案的安全性明显优于上部受流方案。两者差异如图1所示。因此,对于DC1500V三轨受流而言,应重点考虑防护等级和安全性能的提高,因此最佳受流方案应选择下部受流方式,并且全线架设防护罩。1.2防止乘客意外-伤亡事故接触轨(本文中指第三轨)一般安装于列车行进方向的左侧,在道岔、车站等特殊区段换边布置。尤其是在车站,将三轨安装在站台的对面,防止乘客意外掉下轨道而出现伤亡事故,这一点对于DC1500V三轨尤为重要。接触轨的安装位置根据车辆集电靴的限界轮廓、安装尺寸及与相邻走行轨的相对距离确定。接触轨中心至线路中心的水平距离为1510mm,接触轨受流面距走行轨轨顶面的垂直距离为200mm。圆曲线及缓和曲线上,接触轨安装根据曲线情况与走行轨保持一致。1.3适度提高采空反应设备材料选择应重点考虑承受过电压的水平,采用工程技术要求与经济性相结合的设计方针,在安装条件允许的情况下尽量加大绝缘耐压水平,在设备电气参数的选配上适度提高等级。1.4不单独设接地线的设置条件对于DC750V制式的接触轨供电方式,根据目前运行经验可不单独设置接地线,其主要原因是DC750V制式下供电电压较低,而绝缘子和整体绝缘支架的泄漏距离按185mm设计,具有较大的安全裕量(理论上750V电压等级在重污区绝缘子的对地安全泄漏距离仅为25mm),接触轨对地闪络的可能性非常低。即使由于污染原因造成的接触轨单点对地短路,由于DC750V为低压系统,且绝缘爬距裕量较大,绝缘子具有自恢复性能等原因,根据北京、天津地铁施工经验,这种闪络为暂时性的,不会造成接触轨对地的永久金属性短路。通常闪络发生后,牵引变电所的绝缘会被破坏,自恢复后可继续运行,因此从运营经验来看不单独设接地线是成立的,这是和DC1500V接触轨及架空接触网系统的重要不同之处。DC1500V制式的接触轨供电方式由于电压等级较高,其安全防护等方面要求都较DC750V制式要高。目前,DC1500V三轨绝缘子和整体绝缘支架的泄漏距离是按250mm设计,1500V电压等级在重污区绝缘子的对地安全泄漏距离为150mm,接触轨对地闪络的可能性相对于DC750V而言较大。如果接触轨不单独设置接地线,对于直流保护系统,将难以实现正极对地泄漏(包含多点),当发生接触轨的单点对地短路时,造成轨电位升高,不利于整个供电系统的正常运行。长期运行会造成迷流和对隧道结构的腐蚀。因此在正线全线装设贯通的接地线,并与牵引变电所的接地母排相连接,采用接地扁铜作为接地线,安装在接触轨整体绝缘支架底座上。一旦发生三轨绝缘闪络,变电所立即跳闸,保证三轨保护的可靠性要求。2下受流方式下接触轨弛度的确定集电靴受流要求接触轨保持良好的平整性,与集电靴的接触滑动面应平滑顺直。由于采用钢铝复合接触轨,受流面不锈钢带的平整度和光洁度较高,因此接触轨的连续不平滑程度成为影响集电靴受流质量的主要因素,连续不平滑程度主要由接触轨的弛度来决定,在接触轨定型的情况下,接触轨弛度取决于布置跨距的大小。下部受流是通过集电靴对接触轨施加的上抬力来获得电流,由于接触轨采用悬挂安装,上抬力与接触轨的弛度方向相反,可以削弱接触轨弛度对受流效果的影响。在接触轨的许可弛度范围内,下部受流方式接触轨的跨距布置可以适当增大。根据接触轨的技术参数,编制接触轨模拟计算软件,对接触轨的各种布置方案进行模拟计算,按照经济技术综合比较原则,并结合国内外下部受流三轨工程设计经验,DC1500V三轨跨距布置以不大于6m为宜。图2是最大跨距6m的接触轨弛度计算曲线示意图。从图中数据可以看出,当最大跨距为6m时,接触轨最大静态跨中弛度约为3.5mm,若考虑到接触轨安装施工精度的变化、车辆快速行驶等因素,这一数值还将增大,从而影响集电靴的受流效果。在跨距布置时,为确保集电靴在任一点处的平滑过渡,在接触轨端部弯头处,应适当增加支撑装置,减少该处跨距,改善接触轨的挠度变化,使接触轨的弛度曲线较为平滑,这需要在设计和施工中特别注意。3端部弯头的冲击加速度分析接触轨端部弯头是集电靴顺利通过接触轨断口的必要装置,一方面,端部弯头保证集电靴平稳脱离接触轨,另一方面又要引导集电靴可靠过渡到正常接触轨的受流面上。由于集电靴从“离轨”到“触轨”与行车速度、线路条件等密切相关,同时集电靴和接触轨的“离合”是在带电状态下完成的,因此,端部弯头的设置必须考虑适应不同行车速度等级,减少集电靴与接触轨之间的相互冲击及电弧现象的发生。下部受流方式端部弯头的坡度通过弯曲正常的钢铝复合导电轨获得,并在其终端通过切割接触轨进行弯折和焊接形成。从物理意义上看,集电靴作为质点运动和端部弯头的相互作用可按式(1)和式(2)计算。式中,F为集电靴对端部弯头的冲击力,v为行车速度,a为集电靴和端部弯头作用时的冲击加速度。由此可知,为减少集电靴对端部弯头的冲击加速度,需要减小冲击力F,而冲击力F与端部弯头的坡度有关,当坡度设置较大时,冲击力也相应加大,其作用时间也减小,冲击加速度必然增大,不仅不利于集电靴运行,还可能出现电弧现象,从而烧伤接触轨。端部弯头的结构设计和三轨的平面布置应重点根据车辆的取流要求、线路特点,科学计算三轨与集电靴的始触区范围,保证在三轨电分段处集电靴良好取流,防止因电压等级提高、接触面不平滑而造成较大电火花,烧蚀集电靴和三轨接触面,并对相邻管线造成电磁干扰,这是广州地铁四号线DC1500V三轨施工设计的关注重点,也是其供电的关键技术之一。根据工程实际和理论计算,广州地铁四号线三轨端部弯头在满足最高运行速度的情况下,采用了1∶40的过渡坡度。4车辆转换技术广州地铁四号线正线采用三轨供电方式,而车辆段则是架空柔性接触网,在车辆段出入段线处由三轨转换为架空柔性悬挂。结合运营组织需求、车辆受电弓与集电靴转换技术及继电保护要求,转换应遵循3个原则:停车切换;过渡段三轨与架空接触网等电位;切换时间不超过29s。根据车辆制动及信号保护计算,结合接触网设置的技术要求,在出入段线地面平坡段、非小曲线段设置约160m长的过渡段,过渡段内同时安装三轨并架设架空柔性接触网,通过电缆将三轨和柔性接触网连接在一起,保证三轨与柔性接触网之间等电