杭州地铁1号线接触网工程新技术的运用

傅俊武，程润良，肖国军，张建根

杭州地铁1号线接触网工程新技术的运用

傅俊武，程润良，肖国军，张建根

介绍杭州地铁1号线接触网工程设计、供货、施工优化方案。刚性接触网采用“之”字形布置代替正弦布置，减少接触线磨损，弹性绝缘悬挂装置的选用增加受电弓的稳定性。提出电分段采用小交路模式，缩小事故范围，并列举了4种类型。根据运营需求制定了3种衔接方案。

接触网；“之”字形布置；弹性绝缘悬挂装置；小交路模式

0 引言

杭州地铁1号线由杭州萧山区湘湖站至下沙江滨站、临平支线客运中心站至临平站组成。线路全长约53.5 km，共设车站34座，车辆基地1座，停车场1座。1号线于2012年11月24日开通，正式投入试运营。1号线接触网工程，采用DC 1 500 V架空接触网供电，正线地下区段、U形槽及出入段线隧道内区段均采用架空“П”形刚性悬挂接触网；地面、高架段、车场线采用柔性悬挂接触网。

地铁1号线接触网工程在建造过程中，结合行业近年来生产经验教训，以及新技术发展，采用了一些新材料、新设备、新方案。新技术主要包括：为减少刚性接触网导线磨耗，采用刚性接触网“之”字形锚段布置形式代替正弦布置形式，并选用一体化弹性绝缘悬挂装置；为匹配非正常情况下的运营小交路运行，采取接触网电气分段优化布置设计；为便于运营检修采用的带电显示装置以及隧道壁接地装置；国内首创的防淹门处所采用的接触网可断开式装置等。现将1号线接触网新技术的运用加以总结，供同行借鉴。

1 刚性接触网磨耗改善技术措施

国内地铁第一条投入使用的架空刚性接触网为广州地铁2号线。因其相对柔性接触网，具有结构简单、安装与维护保养简便，故障率低等特点，在后续的国内城市地铁建设中得到广泛运用。但在运营过程中，其接触线与电客车受电弓局部磨耗问题日益凸显。为此，杭州地铁1号线接触网工程在实施前，就一些具体方案的选择做了优化。

1.1 刚性接触网平面布置形式

国内地铁刚性接触网平面布置中，多采用的是正弦布置，通常最大拉出值不超过250 mm，最大锚段长度不超过250 m，非绝缘锚段关节处拉出值多为±100 mm；绝缘锚段关节±150 mm（图1）。

杭州地铁1号线接触网采用一种新的布置方案—刚性接触网“之”字形布置，见图2。

该布置方式采用类似柔性接触网平面布置形式，拉出值顺线路保持恒定变化率。在一个锚段中，其半个锚段与下一个锚段的半个锚段保持同一恒定斜率，一般取3～5 mm/m，强调斜率上各点拉出值为控制点，最大拉出值处可以就汇流排顺滑形态为准。

该布置的突出特点：

（1）同正弦布置形式相比，就碳滑板质点运动轨迹相对而言，有效拉长了单位锚段长度。

（2）接触线在碳滑板上的扫动频率尽量接近（运动斜率一致），提高了碳滑板磨耗均匀度。

（3）在锚段长度及跨距固定的情况下，拉出值（含最大拉出值，可在300 mm内调整）、绝缘、非绝缘锚段关节拉出值均不刻意固定，而依据斜率及跨距长度随机布置。

采用该平面布置形式，具有减少磨耗量、延缓磨耗进程、延长受电弓碳滑板使用寿命和更换周期、减少运营维护工作量和运营成本的显著优点，规避正弦布置形式中全线最大拉出值、绝缘、非绝缘锚段关节拉出值固定（数量大），磨耗几率偏大，局部磨耗的突出问题。

图1 典型刚性悬挂正弦布置示意图

图2 刚性悬挂“之”字布置示意图

1.2 弹性绝缘悬挂装置的选用

杭州地铁1号线刚性接触网绝缘子全线采用了弹性绝缘悬挂装置，其主要由夹持件（悬挂汇流排）、天然橡胶（弹性元件减小刚度）、硅橡胶与玻璃纤维增强环氧树脂（电气绝缘）组成。如图3所示。

图3 弹性绝缘悬挂组件结构图

目前，地铁车辆在运行环境中，轨道结构形式为弓网关系（刚性接触网）敏感区，如车辆运行的变坡、进出站加（减）速、减震道床等地带受轨道形态、轮轨振动、车辆晃动、弹性道床变形等影响，共同作用反应于受电弓，从而影响受电弓的运行稳定性。通过理论计算，悬挂点刚度的合理减少，给刚性架空接触网提供一定的弹性（刚性减弱），能吸收和减弱受电弓对刚性接触网的冲击，改善弓网匹配关系，使接触压力尽量均化，减小接触线和受电弓的磨耗，提高受流质量。弹性绝缘悬挂装置就是利用橡胶弹性元件产生变形，考虑汇流排自重载荷与车辆受电弓活动载荷下，产生一定的轴向弹性变形，从而改善弓网关系。弹性指标为轴向施加1 kN负荷，弹性元件变形≮8 mm；轴向施加600 N负荷情况下，施加120 N活载荷，弹性元件恢复变形≮1 mm。

2 接触网电气分段优化布置设计

《地铁设计规范》（GB50157-2003）规定，线路的终点站或区段折返站应设置专用折返线或折返渡线；当2个具备临时停车条件的车站相距过远时，根据运营需要，宜在沿线每隔3～5个车站加设停车线或渡线。规范中折返线与停车线设置目的之一就是行车正常情况下的交路折返及临时小交路折返（如线路、设备、车辆故障导致行车阻塞）。

吸取行业近年来的事故教训，匹配大小交路的需求，供电接触网的电分段有必要优化传统的供电分段模式，考虑小交路模式，“上下一致”，才能保证紧急情况下能够缩小事故范围与应急处理。

1号线车站4种典型配合折返的接触网电气分段类型如下：

（1）与出入段线接轨车站，考虑折返需要以及出入段线接触网事故状态不影响到正线运营，实现正线与出入段线接触网电气分段。考虑到出入段线与接轨车站为同一供电分区，则正常状态下采用电动隔离开关闭合，紧急情况下打开，进行电气分段。其中要注意站前站后折返，电气分段与车辆有效折返距离的匹配（图4）。

图4 出入段线接轨车站电气分段示意图

（2）牵引变电所所处车站为始发站，绝缘锚段关节电分段宜设置在小里程端截面（上、下向）；牵引变电所所处车站为终点站，绝缘锚段关节电分段设置，以站前、站后折返需要，并考虑线路延长等因素，以正线道岔为基准，设置在大里程端（上、下向）保证交路循环。

（3）牵引变电所所处车站，在有区段折返要求的车站，可以通过采用绝缘锚段关节电分段的匹配设置，以配合大客流截面端线路临时交路运营为准（图5）。

（4）为满足临时小交路运营，供电电气分段在有渡线或折返线的车站增加电分段（图6），一旦出现区间故障，机动通过渡线或折返线进行小交路运营，使得行车组织更加灵活，事故范围缩小。正线停车线的接触网由电动隔离开关馈电，电源分别取自上下行接触网，电动隔离开关纳入电力监控系统。

图5 区段折返车站电气分段示意图（左边为大客流方向）

图6 折返车站增加电气分段示意图

3 运营需求衔接方案配合

3.1 接触网带电显示装置

为了便于站务人员运营前检查，以及地铁运营维护检修人员的带电安全提醒与确认，杭州地铁1号线车站与站场全线采用了接触网带电显示装置。该装置的设置原则：正线在每个车站两端、左右线分别设置一处；车场库内接触网按每股道电分段情况设置。

在运用的过程中，要特别注意带电显示装置的位置以及光强应避免与信号系统信号显示装置发生混淆，不得干扰地铁司机的行车瞭望。

3.2 隧道壁接地装置的设置

飞机上搭载的GPS接收机采用武汉苍穹电子仪器有限公司生产的P8接收机，它可以同时跟踪观测BDS、GPS、GLONASS卫星信号。无人机航摄飞行时，机载GPS接收机采样间隔0.2 s，并在测区内架设了一个地面基准站。GPS接收机与地面基准站实现同步观测，采用事后解算的方法获取高精度机载POS坐标数据。

接触网停电检修时，需挂接地线，传统方式为上端接接触网，下端接钢轨，由于接地线侵入设备限界，存在被工程车辆误闯损坏接触网的隐患。鉴于此，1号线设置不侵入设备限界的接触网接地线悬挂装置，上端在边墙上设置接地线悬挂点，下端接电缆支架接地扁钢或轨底。1号线正线接地线悬挂点每车站两端、左右线各设置一处投入使用。

3.3 防淹门处刚性接触网设计

防淹门处的刚性接触网布置，目前国内外皆无成熟经验可以借鉴，传统方式采用小锚段方式，即在防淹门处设置小锚段，其具有结构简单，成本低与便于实施等特点。但防淹门开启与关闭的实现，是以接触网小锚段得以强行破坏，防淹门无法完全密闭为代价，且无法做到常态正常运营演练。

杭州地铁1号线，在防淹门处刚性接触网布置方案，为了克服传统方案的一些缺点，组织设计院、供货商、施工单位，开发出可断开式汇流排接头装置（图7）。该装置由可断开式接头装置A、B和控制回路3大部分组成。

采用该装置后，具有以下特点：

（1）当发生紧急情况时，位于防淹门开合范围的刚性接触网可迅速断开，使防淹门在较短时间内动作到位。

（2）可适应平开式和提升式2种形式的防淹门。

（4）防淹门启动时对接触网系统完全不会造成任何破坏，在防淹门复位后架设恢复接触网所需的时间更短。

（5）为平时检验防淹门功能提供了有利的条件。

（6）可断开式汇流排接头装置考虑防误动的电气和机械闭锁功能，确保运营安全。

图7 可断开式汇流排接头装置平面布置及实物图（左接头A、右接头B）

4 结语

杭州地铁1号线接触网工程从运营实际出发，采用了一些新设备、新方案，克服了一些功能缺点与通病，通过一年多的运营实践，效果较好。考虑到技术、设备的运营惯性，在实际运营效果验证基础上，1号线接触网工程新技术、新方案将在杭州地铁后续线路的建设中进一步运用、优化与总结提高。

[1] 施仲衡，周庆瑞，郑晓薇，等.地铁设计规范[S].GB50157-2003.北京：中国计划出版，2003.

[2] 李梦和.刚性接触网参数检测与评价系统研究[D].成都：西南交通大学，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.杭州地铁集团公司机电设备部，高级工程师，电话：15168495786；

程润良.杭州地铁集团公司，工程师；

肖国军.杭州地铁集团公司，高级工程师；

张建根.杭州地铁集团公司，教授级高级工程师。