轨道交通接触网电分段及单向导通绝缘轨缝拉弧现象分析

王永平

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300250)

1 概述

在城市轨道交通车辆段出入口处，车辆受电弓通过接触网四跨电分段常出现拉弧现象，当机车误停于四跨电分段处时，还会烧断接触线，经对测试数据分析，探究接触网四跨电分段拉弧及烧断接触线的原因及车辆段出入口处单向导通配置的绝缘轨缝出现拉弧现象，烧蚀轨缝接头原因。

2 四跨电分段受电弓拉弧原因测试

在上海九亭停车场西岔出库线接触网绝缘锚段关节处进行弓网试验，当机车运行到四跨电分段中部时，即受电弓将正线与车辆段间的接触网短接，当两线间网压不等时产生电流越区供电现象，且间断产生瞬间电流变化，因电感电流不能突变受电弓与接触线产生拉弧现象。通过测试停车场、九亭站、七宝站对应的馈线电压、电流，得到如下的动态图形，正线车站的九亭站牵引所及七宝站牵引所同时产生向九亭停车场牵引所瞬间越区供电：

(1)在九亭停车场牵引所测试电流、电压波形见图1。

(注：图中上部曲线线为车辆段牵引所网压，中部曲线为停车场牵引所馈线电流，下部曲线为停车场牵引所入口处的回流电缆回路电流)

图1九亭停车场牵引所电流，电压波形

图1为机车由停车场向正线运行至四跨电分段时，当受电弓由停车场接触网向正线接触网滑行瞬间短接两接触线时，因正线越区供电使停车场牵引所馈线电流及回流电流在正线越区供电时瞬间减少。

(2)在九亭站牵引所动作网压及馈线电流、电压波形见图2。

图2为在同一时间机车由停车场向正线运行至四跨电分段时，当受电弓由停车场接触网向正线接触网滑行的瞬间短接两接触线时，因正线网压高于停车场网压而瞬间越区供电，九亭站牵引所馈线电流突增。

(注：图中上部曲线为九亭站牵引所馈线网压，下部曲线为九亭站牵引所馈线电流)

图2九亭站牵引所电流，电压波形

(3)在七宝站牵引所网压及馈线动作电流、电压波形见图3。

图3为在同一时间七宝站牵引所馈线电流瞬间向停车场越区供电，馈线电流突增。

(4)九亭站、七宝站、停车场3个牵引所对应的馈线网压见图4。

由图4可以看出，正线九亭站牵引所(上部曲线)、七宝站牵引所(上部曲线)的母线电压高于停车场牵引所母线电压(下部曲线)，其正线电压高于停车场电压约160 V。

(5)九亭站、七宝站、停车场三个牵引所对应开关的电流见图5。

(注：图中上部曲线为九亭牵引站馈线网压，下部曲线为七宝站牵引所馈线电流)

图3七宝站牵引所电流，电压波形

图4 三个牵引所对应的馈线网压波形

图5 3个牵引所对应开关的电流波形

由图5可见，上部及中部曲线为正线越区供电电流，下部曲线为四跨入口处反向电流。

3 四跨电分段受电弓拉弧原因分析

(1)正线网压与停车场网压不等

通过以上动态测试图形可知，正线网压高于停车场网压，在列车经过四跨电分段关节处，通过受电弓滑板将正线及停车场的接触网搭通短接，使正线的九亭站牵引所、七宝站牵引所同时向停车场倒灌电流，其停车场网压低于正线原因有2个，其一是停车场牵引所网压整定值低于正线，其二由于夜间机车基本回库整备，库内负荷较大，网压下降，导致正线网压高于库区网压。

(2)四跨电分段供电方向不同

在出入停车场口处的四跨电分段上，其相间的两个接触线来电方向相反，为不同方向的两个牵引变电所，当机车通过四跨电分段时，其电流是由后方牵引所经接触网、机车、钢轨回到后方牵引所，瞬间电流又突变过渡到由前一方牵引所经接触网、机车、钢轨回到前方的牵引所，这样的一个直流回路大突变，由空间磁场抑制电流不能突变而产生反电动势的作用，导致拉弧现象。而正线上的四跨电分段均是由同一个牵引变电所的同一母线等值电压供电，即不会由电压不等或反电动势产生拉弧现象。如图6所示。

图6 3个牵引所对应平面供电位置

(3)当机车常时间误停于电分段处

由图6可知，通过受电弓越区电流约为750 A，若当机车常时间误停于电分段处，在接触取流过程中，出现正线电流长时间流过接触线及受电弓滑板进入库区，并通过停车场内的负载形成回流通道。当接触线与受电弓滑板间接触电阻R与电流I2和时间T的乘积，造成接触线局部温升过高，将会使接触线烧断。

4 解决方法

(1)调整好停车场牵引所网压，根据停车场最大负荷，正线无负荷时电分段末端电压与正线有负荷停车场无负荷时电分段末端电压之差，取其中值。

(2)加大回、馈线的导线截面，并查找导线衔接处接触是否良好，降低衔接电阻。

(3)错开机车入库时与机车共同整备时间，减小库内高负荷时产生压降，导致电分段的压差。

(4)停车牌位置与四跨电分段错开，防止机车在四跨电分段处停车，在困难地段可考虑改用电分段器代替四跨电分段。

5 单向导通配置的绝缘轨缝拉弧原因及危害分析

在停车场出入口处钢轨设置了绝缘轨缝及单项导通装置，当机车运行通过此处时在该绝缘轨缝处常产生拉弧现象，使得轨头烧蚀，而在入库处的单导及绝缘轨缝就不会产生此现象。经分析有以下原因所致，其一，当正线轨电位高于库区电位，由于单导及绝缘轨缝的作用，使得正线电流不能进入停车场，而当车辆通过此处时由多个车轮、车辆将轨缝短接，正线供电电流越过绝缘，导致反向大电流突变，在电感电流的作用下产生高压形成拉弧现象，当机车受电弓越过电分段，停车场侧的轨电位高于正线，单导开通，火花不再产生。其二，当停车场接触网压高于正线时，机车通过电分段产生停车场向正线瞬间越区供电，这时对应下部单向导通装置则形成反向电流阻断状态，在轮轨短接绝缘轨缝时，产生反向通路，形成拉弧。如图7所示。

图7 机车通过单导进入四跨电分段轨电位示意

6 解决方法

(1)正线轨道电位高于停车场是由于停车场钢轨为露天碎石道砟，对地绝缘电阻较低，在该处采用带消弧装置的单向导通或受控短接式单向导通装置即可消除此现象。

(2)出入段处的绝缘轨缝位置应设置在四跨电分段转换柱的正线端以外，防止单向导通处于反向回流状态。

7 结语

由于机车整备昼出夜归的现象，车辆段牵引所的负荷变化巨大，其网压受整流机组阻抗及馈线阻抗压降的影响，会发生相应的波动，且其变化与正线牵引所馈线空载电压产生相反的偏移，从而导致这一现象的产生。为此，在设计、施工中应降低牵引回路的阻抗，在冬夏季节库内机车整备时，应合理调整车辆整备时间及车辆空调工作时间，降低集中负荷，使网压平稳。另外在车辆段、停车场出入段口处，机车出入库通过电分段的运行速度不足40 km/h，可考虑采用机械电分段器取代四跨电分段，可降低电分段处的越区负荷时间，减少接触网及绝缘轨缝的拉弧现象。

出入段口处应采用带消弧装置的单向导通或受控短接式单向导通装置，使绝缘轨缝两侧电位相等，避免因反向回流产生拉弧现象。

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