城市轨道交通接触轨系统分段方式浅析

过铮

摘要：接触轨系统是城市轨道交通高压供电的重要形式之一，不同于传统接触网设备，接触轨系统更利于简化隧道施工且便于维护，可以降低地铁的施工与运维成本。本文重点探讨接触轨系统分段方式的选择原则以及相关技术的应用，基于对供电形式、分段原理的介绍，分析了三种基本方式的特点，探讨了在实践设计中几种供电分段方式的应用。

关键词：轨道交通;接触轨;供电分段;应用策略

电气与机械分段是电气化轨道交通线路设计中十分重要的内容，能够有效隔离故障区域并简化运维。由于城市轨道交通有着相对复杂的线路结构以及特殊的运行环境，电气分段不仅能够起到控制故障影响范围和方便运维的作用，还是维持轨道交通运行秩序、确保列车运行安全的关键。

一、城市轨道交通供电形式与分段原理

为了保障列车高速运行状态下电能供应的连续性，城市轨道交通需要在沿线站场设置变电所并安装高压供电设备，通过列车上的受电弓、集电靴和供电设备之间的接触完成电能传输，具体形式为悬挂式接触网与接触轨两类。前者由于需要张挂于列车顶部，因此在地铁工程的应用中，要求有比接触轨供电情况下更大的隧道净空高度，而且对运行维护的要求更高，因此接触轨系统是城市轨道交通更经济的供电形式。二者为了便于运维和提高线路运行可靠性，都设置有机械分段和电分段，其中接触网的电分段使用的是绝缘装置。而接触轨则以机械断口为基础实现供电分段，其机械分段断口位置如图1所示。此外二者在运行过程中，悬挂式接触网的受电弓与接触线之间始终保持连接，而接触轨的列车集电靴在通过电分段时会暂时脱离接触轨。

二、接触轨系统基本分段方式及其特点

（一）常见分段方式及其演进

由于机械分段是利用自然断口实现列车与接触轨之间的电气绝缘，因此接触轨的电分段设置和机械分段密切相关，具体电分段形式如图2所示。根据机械分段断口长度可将其电分段形式分为大断口与小断口式，最初采用的是小断口式，但由于其存在明显的事故隐患，近年来已经很少有新线路使用这一分段方式，既有的小断口式电分段也陆续被改造为其它两种形式，而短接触轨式则是在大断口形式的基础上演化而来的。虽然通过不断的改进降低了出现列车误闯故障区以及导致故障范围扩大的概率，但保障列车通过供电分段的不间断取流与避免紧急故障情况下连电之间的矛盾没有根本解决，要求在具体线路的电分段设计中，根据线路功能等全面权衡不同分段方式的利弊并做出合理选择。

（二）不同分段方式的原理及利弊

小断口式供电分段断口长度可以保障列车通过分段时连续取流，但正是由于这个原因，当列车行进方向因检修或故障处于短路状态时，会导致故障范围扩大。而大断口则由于其长度超过了列车前后相邻集电靴之间的距离，虽然规避了小断口式分段的弊端，却使得取流过程出现瞬时中断，车厢的空调等系统都会被暂时中断电能供应。在列车长期运行和需要反复、频繁通过供电分段的情况下，无疑会降低设备的使用寿命和运行可靠性[1]。而为了应对这一问题，在大断口分段处设置BHB断路器，以列车行进速度为参数控制其状态，能够保障列车以正常状态运行通过分段时持续取流，而当列车时速小于5km时则断开电气回路。但由于需要精确控制列车行进速度才能保障断路器适时合闸和断开，因而理论上并没有完全避免失电与误闯连电问题。在大断口形式下演化而来的短接触轨，则旨在降低断口较长带来的集电靴与分段端头间的拉弧问题，将断口进一步加大且在断口处设置一段短接触轨。利用隔离开关或接触器的启闭控制分段处的电气连接，从而与线路运行状态监控系统相连，当检测到列车运行前方异常时，隔离开关或断路器会将线路断开以防发生误闯事件，而正常运行状态下则可以保持列车连续取流。

三、接触轨系统分段方式设计原则与实践

（一）设计原则

目前城市轨道交通接触轨的供电分段设计中，虽然理论上运用三种方式都能满足基本要求，但短接触轨式分段当中融入了更多先进的控制技术，因此在保障线路运行安全和供电可靠性方面更有优势。但由于涉及到断路器、电气开关的使用和自动化控制系统的设计，如果全面采用这一方案，则势必增加电气系统当中的节点，不仅不够经济而且增加了发生故障的概率，因此应根据不同线路的特点进行理性的选择。

（二）设计实践

正线接触轨的电分段设计应首选短接触轨式分段方案，根据列车编组分析集电靴分布，计算出其前后最大、最小距离参数，进而设计分段处的断口与短接触轨长度、接触器、电气隔离开关等的电气回路[2]。而在停车场等处的渡线、折线接触轨供電分段设计中，首先应分析相应区域的列车通行、运维检修要求，结合整体线路规划的轨道维护分区方案，以满足运维检修需要为原则设置电分段。其次对于断电作业频率较高的停车场出口处，出现误闯问题的概率也相应提高，所以应选择相对可靠的短接触轨分段方案，而其它的线路使用大断口形式即可满足需要。此外目前大多轨道交通线路应用了再生制动节能技术，在设计电分段方案时，需要保障列车减速进站并通过电分段时反馈电流的正常传输，通过合理布置分段点加以解决。

四、结束语

目前由于绝缘材料研发以及轨道交通线路控制技术的进步，已经有了在接触轨自然断口设置电分段的替代方案。利用高性能树脂绝缘材料制成的嵌入式分段绝缘器，可以让接触轨与集电靴之间在分段处保持接触，有效控制拉弧现象，并且让分段设置更加灵活，有利于再生制动节能等技术的应用。

参考文献：

[1]胡懿洲. 城市轨道交通接触轨电分段设置方式与改进建议[J]. 铁道标准设计， 2014（6）：124-128.

[2]赵德奎. 正线接触轨供电分段及隔离开关设置浅析[J]. 工程技术（全文版）， 2016（12）：00208-00209.

（作者单位：无锡地铁集团有限公司运营分公司）