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杭州地鐵1號(hào)線接觸網(wǎng)工程新技術(shù)的運(yùn)用分析論文
引言
杭州地鐵 1 號(hào)線由杭州蕭山區(qū)湘湖站至下沙江濱站、臨平支線客運(yùn)中心站至臨平站組成。線路全長(zhǎng)約 53.5 km，共設(shè)車(chē)站 34 座，車(chē)輛基地 1 座，停車(chē)場(chǎng) 1 座。1 號(hào)線于 2012 年 11 月 24 日開(kāi)通，正式投入試運(yùn)營(yíng)。1 號(hào)線接觸網(wǎng)工程，采用 DC 1 500 V 架空接觸網(wǎng)供電，正線地下區(qū)段、U 形槽及出入段線隧道內(nèi)區(qū)段均采用架空“П”形剛性懸掛接觸網(wǎng);地面、高架段、車(chē)場(chǎng)線采用柔性懸掛接觸網(wǎng)。
地鐵 1 號(hào)線接觸網(wǎng)工程在建造過(guò)程中，結(jié)合行業(yè)近年來(lái)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以及新技術(shù)發(fā)展，采用了一些新材料、新設(shè)備、新方案。新技術(shù)主要包括：為減少剛性接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗，采用剛性接觸網(wǎng)“之”字形錨段布置形式代替正弦布置形式，并選用一體化彈性絕緣懸掛裝置;為匹配非正常情況下的運(yùn)營(yíng)小交路運(yùn)行，采取接觸網(wǎng)電氣分段優(yōu)化布置設(shè)計(jì);便于運(yùn)營(yíng)檢修采用的帶電顯示裝置以及隧道壁接地裝置;國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的防淹門(mén)處所采用的接觸網(wǎng)可斷開(kāi)式裝置等。現(xiàn)將 1 號(hào)線接觸網(wǎng)新技術(shù)的運(yùn)用加以總結(jié)，供同行借鑒。
1 剛性接觸網(wǎng)磨耗改善技術(shù)措施
國(guó)內(nèi)地鐵第一條投入使用的架空剛性接觸網(wǎng)為廣州地鐵 2 號(hào)線。因其相對(duì)柔性接觸網(wǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝與維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便，故障率低等特點(diǎn)，在后續(xù)的國(guó)內(nèi)城市地鐵建設(shè)中得到廣泛運(yùn)用。但在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，其接觸線與電客車(chē)受電弓局部磨耗問(wèn)題日益凸顯。為此，杭州地鐵 1 號(hào)線接觸網(wǎng)工程在實(shí)施前，就一些具體方案的選擇做了優(yōu)化。
1.1 剛性接觸網(wǎng)平面布置形式
國(guó)內(nèi)地鐵剛性接觸網(wǎng)平面布置中，多采用的是正弦布置，通常最大拉出值不超過(guò) 250 mm，最大錨段長(zhǎng)度不超過(guò) 250 m，非絕緣錨段關(guān)節(jié)處拉出值多為±100 mm;絕緣錨段關(guān)節(jié)±150 mm。 杭州地鐵 1 號(hào)線接觸網(wǎng)采用一種新的布置方案—?jiǎng)傂越佑|網(wǎng)“之”字形布置。 該布置方式采用類(lèi)似柔性接觸網(wǎng)平面布置形式，拉出值順線路保持恒定變化率。在一個(gè)錨段中，其半個(gè)錨段與下一個(gè)錨段的半個(gè)錨段保持同一恒定斜率，一般取 3～5 mm/m，強(qiáng)調(diào)斜率上各點(diǎn)拉出值為控制點(diǎn)，最大拉出值處可以就匯流排順滑形態(tài)為準(zhǔn)。
該布置的突出特點(diǎn)：
(1)同正弦布置形式相比，就碳滑板質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)而言，有效拉長(zhǎng)了單位錨段長(zhǎng)度。
(2)接觸線在碳滑板上的掃動(dòng)頻率盡量接近(運(yùn)動(dòng)斜率一致)，提高了碳滑板磨耗均勻度。
(3)在錨段長(zhǎng)度及跨距固定的情況下，拉出值(含最大拉出值，可在 300 mm 內(nèi)調(diào)整)、絕緣、非絕緣錨段關(guān)節(jié)拉出值均不刻意固定，而依據(jù)斜率及跨距長(zhǎng)度隨機(jī)布置。
采用該平面布置形式，具有減少磨耗量、延緩磨耗進(jìn)程、延長(zhǎng)受電弓碳滑板使用壽命和更換周期、減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量和運(yùn)營(yíng)成本的顯著優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避正弦布置形式中全線最大拉出值、絕緣、非絕緣錨段關(guān)節(jié)拉出值固定(數(shù)量大)，磨耗幾率偏大，局部磨耗的突出問(wèn)題。
1.2 彈性絕緣懸掛裝置的選用
杭州地鐵 1 號(hào)線剛性接觸網(wǎng)絕緣子全線采用了彈性絕緣懸掛裝置，其主要由夾持件(懸掛匯流排)、天然橡膠(彈性元件減小剛度)、硅橡膠與玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂(電氣絕緣)組成。
目前，地鐵車(chē)輛在運(yùn)行環(huán)境中，軌道結(jié)構(gòu)形式為弓網(wǎng)關(guān)系(剛性接觸網(wǎng))敏感區(qū)，如車(chē)輛運(yùn)行的變坡、進(jìn)出站加(減)速、減震道床等地帶受軌道形態(tài)、輪軌振動(dòng)、車(chē)輛晃動(dòng)、彈性道床變形等影響，共同作用反應(yīng)于受電弓，從而影響受電弓的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過(guò)理論計(jì)算，懸掛點(diǎn)剛度的合理減少，給剛性架空接觸網(wǎng)提供一定的彈性(剛性減弱)，能吸收和減弱受電弓對(duì)剛性接觸網(wǎng)的沖擊，改善弓網(wǎng)匹配關(guān)系，使接觸壓力盡量均化，減小接觸線和受電弓的磨耗，提高受流質(zhì)量。彈性絕緣懸掛裝置就是利用橡膠彈性元件產(chǎn)生變形，考慮匯流排自重載荷與車(chē)輛受電弓活動(dòng)載荷下，產(chǎn)生一定的軸向彈性變形，從而改善弓網(wǎng)關(guān)系。彈性指標(biāo)為軸向施加 1 kN 負(fù)荷，彈性元件變形≮8 mm;軸向施加 600 N負(fù)荷情況下，施加 120 N 活載荷，彈性元件恢復(fù)變形≮1 mm。
2 接觸網(wǎng)電氣分段優(yōu)化布置設(shè)計(jì)
《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2003)規(guī)定，線路的終點(diǎn)站或區(qū)段折返站應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用折返線或折返渡線;當(dāng) 2 個(gè)具備臨時(shí)停車(chē)條件的車(chē)站相距過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要，宜在沿線每隔 3～5 個(gè)車(chē)站加設(shè)停車(chē)線或渡線。規(guī)范中折返線與停車(chē)線設(shè)置目的之一就是行車(chē)正常情況下的交路折返及臨時(shí)小交路折返(如線路、設(shè)備、車(chē)輛故障導(dǎo)致行車(chē)阻塞)。 吸取行業(yè)近年來(lái)的事故教訓(xùn)，匹配大小交路的需求，供電接觸網(wǎng)的電分段有必要優(yōu)化傳統(tǒng)的供電分段模式，考慮小交路模式，“上下一致”，才能保證緊急情況下能夠縮小事故范圍與應(yīng)急處理。 1 號(hào)線車(chē)站 4 種典型配合折返的接觸網(wǎng)電氣分段類(lèi)型如下：
(1)與出入段線接軌車(chē)站，考慮折返需要以及出入段線接觸網(wǎng)事故狀態(tài)不影響到正線運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)正線與出入段線接觸網(wǎng)電氣分段。考慮到出入段線與接軌車(chē)站為同一供電分區(qū)，則正常狀態(tài)下采用電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閉合，緊急情況下打開(kāi)，進(jìn)行電氣分段。其中要注意站前站后折返，電氣分段與車(chē)輛有效折返距離的匹配。
(2)牽引變電所所處車(chē)站為始發(fā)站，絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段宜設(shè)置在小里程端截面(上、下向);牽引變電所所處車(chē)站為終點(diǎn)站，絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段設(shè)置，以站前、站后折返需要，并考慮線路延長(zhǎng)等因素，以正線道岔為基準(zhǔn)，設(shè)置在大里程端(上、下向)保證交路循環(huán)。
(3)牽引變電所所處車(chē)站，在有區(qū)段折返要求的車(chē)站，可以通過(guò)采用絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段的配設(shè)置，以配合大客流截面端線路臨時(shí)交路運(yùn)營(yíng)為準(zhǔn)。
(4)為滿(mǎn)足臨時(shí)小交路運(yùn)營(yíng)，供電電氣分段在有渡線或折返線的車(chē)站增加電分段，一旦出現(xiàn)區(qū)間故障，機(jī)動(dòng)通過(guò)渡線或折返線進(jìn)行小交路運(yùn)營(yíng)，使得行車(chē)組織更加靈活，事故范圍縮小。正線停車(chē)線的接觸網(wǎng)由電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)饋電，電源分別取自上下行接觸網(wǎng)，電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)納入電力監(jiān)控系統(tǒng)。
3 結(jié)語(yǔ)
杭州地鐵 1 號(hào)線接觸網(wǎng)工程從運(yùn)營(yíng)實(shí)際出發(fā)，采用了一些新設(shè)備、新方案，克服了一些功能缺點(diǎn)與通病，通過(guò)一年多的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，效果較好�？紤]到技術(shù)、設(shè)備的運(yùn)營(yíng)慣性，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果驗(yàn)證基礎(chǔ)上，1 號(hào)線接觸網(wǎng)工程新技術(shù)、新方案將在杭州地鐵后續(xù)線路的建設(shè)中進(jìn)一步運(yùn)用、優(yōu)化與總結(jié)提高。
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