浅谈有轨电车地面供电系统过道岔技术

石晓磊

（中铁电气化局集团第一工程有限公司，北京100070）

1 引言

地面供电系统是由无架空线供电系统技术的领先者意大利Ansaldo STS 所研发的有轨电车地面供电系统，其先进设计将不影响汽机车行驶与行人跨越。通过安装在地下导槽中的供电设备，利用磁力吸附和重力作用，为车辆提供连续可靠电源的接触式供电系统。导槽内安装供电模块、正极电缆及安全负极电缆。有轨电车车下安装带永磁铁的受流器，当列车经过时通过磁力吸附模块内的柔性带使正极导通，通过集电靴为列车供电，当列车经过后，柔性带由于重力作用而下落，地面供电模块与安全负极导通[1]。地面供电轨导电的必要条件为区段上有列车，且列车集电靴处于放下状态，供电轨模块内部才会被激活而传输电流。此时，仅有与集电靴接触的区段金属板有电，其余区段仍维持无电状态，可确保行人与车辆的安全，具有安全、环保、持续供电等优点，工作原理如图1所示。系统组成主要由地面供电模组、诊断系统和融冰融雪系统组成。供电模块、诊断装置、外接供电电缆及回流铜排均安装在两轨之间的导槽内，供电系统额定电压为直流750 V。

2 问题的由来

进入道岔区域之前，车载受流器的弹簧处于工作状态，存在抬升压力，因此，从受电区进入非受电区时，集电靴会因为受流器弹簧的弹性而与钢轨碰撞，导致集电靴受损。为了避免在道岔的区域里集电靴受损及影响所有的目标和表面，通过设置一个可滑动的有斜坡的表面来引导集电靴“爬”到一个确定的高度，确保有足够的空间通过道岔。

道岔区域由于其特殊性而无法安装正常的地面供电模组，列车经过时会短时失电，为保护车辆设备，需在进出道岔前对车载超级电容进行投切，保证车辆连续受电。

3 解决方案

为了保证车辆集电靴顺利通过岔区，采用特殊填充材质制作的滑块来代替正常的地面供电模组供集电靴滑行，以保证车辆顺利通过岔区[2]。通过在道岔区前后设置无源信标设备，使列车确认行驶状态与道岔的位置关系，对车载超级电容进行投切。

3.1 采用尼龙材料填充无电区域并安装滑块

在道岔区域由于轨道布局，地面供电模块物理上是不能安装的，采用尼龙材料制成的无电滑行表面将被安装使集电靴滑行通过道岔区域内的交叉设备，这个区域被称为“禁区”。道岔区为无电区，列车通过时集电靴抬起，在20～70 km/h 列车行进速度下，尼龙滑块安装表面高程应低于正常供电模块高程2 mm，可避免集电靴受撞影响，同时满足滑块整体安装观感，填充材料如图2所示。

图2 填充材料示意图

3.2 虚拟模块安装

虚拟模块不带电。在虚拟模块内部，柔性带一端固定在端部（禁区侧）并且另一端自由下垂（供电模块侧）[3]。由于虚拟模块不带电，所以供电回路将在集电靴接触到虚拟模块之前切断（电压中断设备断开）。在第二个虚拟模块内电力可以被恢复（电压中断设备闭合）。当前面集电靴的电压中断设备闭合并且前面集电靴进入带电的地面供电模块之后，车辆可以迅速地由地面供电系统供电。

3.3 信标的安装

对于每个行驶的方向，在地面上装上两个信标。信标#1作为切断电源的信标，该信标在虚拟模块之前，目的是保障车辆在进入滑行模式之前将电流减弱到0。信标#2 作为恢复电源的信标，该信标的位置在禁区结束之前。信标点的数量与位置由信号系统决定。信标点部署如图3所示。

图3中禁区长度由线路决定（包括轨道轴距，道岔区弯曲半径等）并且由模块布置所限制。另外，禁区的长度是根据信标能被安装在预期的轨道上的假设之上（当然在轨道中心之外）。若由于空间的限制，信标点无法按照预期被安装在铁轨之间，禁区的长度也应该相应地增长。以西郊线为例分析，基本道岔类型的典型禁区长度总结如表1所示。

类型 长度1 221.907，轨道轴距3.65 m 27.001，轨道轴距4.5 m

由于车辆在禁区内处于非受电状态，为保障车辆上的电力能够支持车辆行驶150 m 的距离（车站与道岔间的最少间距），包括车辆停车与启动所需要的电量。车辆需安装一个超级电容器，车辆在车站的停留时间足够给超级电容器充电，电量满足车辆经过整个道岔不会出现卡死的现象。

4 结语

通过信标对机车的定位、超级电容的投切以及滑块的精确安装可使有轨电车顺利通过道岔区域，掌握好地面供电系统过道岔技术，让新型的地面供电方式在景观要求较高的区域更具优势化，同时大运量短建设周期的特点，相信不久将成为城市解决交通问题的首选。