1 項目背景

隨著我國城市規(guī)模的擴大?中心城市和衛(wèi)星城市的組團、融合?使得城市軌道交通線路不斷延伸。目前?在城市中心區(qū)以外?為節(jié)省工程投資?線路以高架

方式敷設(shè)已成為一種趨勢?但架空接觸網(wǎng)影響城市景觀的缺陷卻暴露出來。為保護城市景觀?如果高架線路比重較大?其直流牽引供電系統(tǒng)應(yīng)將接觸軌系統(tǒng)作為優(yōu)選方案。保護城市景觀不應(yīng)該以整個供電系統(tǒng)技術(shù)水平倒退為代價?在 ＤＣ750Ｖ接觸軌系統(tǒng)和 ＤＣ1500Ｖ架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)均不能滿足發(fā)展需要的情況下?研究既能保證供電系統(tǒng)技術(shù)水平又能兼顧保護城市景觀的 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統(tǒng)就顯得非常必要。

深圳市地鐵 3號線大部分線路為高架線路 （高架線路占全長約 70％ ）?保護城市景觀的需求非常迫切。在深圳市地鐵 3號線的總體設(shè)計方案中?設(shè)計推薦了全線采用 ＤＣ1500Ｖ接觸軌授流方式。由于該技術(shù)在國內(nèi)沒有實際運營的先例?為此深圳市發(fā)展和改革局組織召開了由中國工程院院士和國內(nèi)知名地鐵專家參加的深圳市地鐵 3號線牽引供電制式評審會?從設(shè)計、施工、運營、管理、安全、風(fēng)險等多個角度?對本線牽引供電系統(tǒng)授流制式進行了細致，深入的比較論證。專家組認(rèn)為?深圳市地鐵 3號線全線采用 ＤＣ1500Ｖ接觸軌供電制式是合理的?同時提出了 “以車輛段人身安全防護為重點?對全線 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統(tǒng)采取切實有效的安全防護技術(shù)措施 ”的要求。

通過采用系統(tǒng)保證和風(fēng)險評估的方法?ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統(tǒng)需對高架及地面區(qū)段的綜合防雷保護、緊急停電按鈕 （ＥＰＢ）控制系統(tǒng)、接觸軌帶電顯示裝置、滑觸線系統(tǒng)、新型材質(zhì)防護罩、新型接地短路裝置進行**設(shè)計和研究。經(jīng)過方案分析和論證?編制用戶需求書?指導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計和研制?以上系統(tǒng)和裝置在工程中得到了成功應(yīng)用。

2 高架及地面區(qū)段綜合防雷技術(shù)

2．1 問題的提出

建筑物、電氣設(shè)備和人員在遭到雷擊時?其安全極易受到危害。雷擊過電壓的能量非常強?雷電的放電電流一般為10～40ｋＡ?在極大雷暴時高達430ｋＡ。為保障建筑物、電氣設(shè)備和人員的安全?防雷措施必不可少。

目前?國內(nèi)城市軌道交通在采用架空接觸網(wǎng)供電時?由于全線有一條貫通的架空地線兼作避雷線?可以有效地避免雷電波對軌道交通設(shè)施帶來的危害。采用接觸軌供電?一般不會在全線設(shè)置避雷線、避雷針等接閃器?高架軌道線路可能處于高頻雷擊區(qū)?其上運行的列車可能遭受雷擊?雷電波沿車體進入走行軌。由于走行軌處于電氣懸浮狀態(tài)?即走行軌與道床之間采取了絕緣措施?當(dāng)走行軌出現(xiàn)雷電壓時?極可能將走行軌與道床之間的絕緣層擊穿?一方面大大增加了將來走行軌雜散電流的泄漏量?另一方面可能破壞沿線與鋼軌連接的設(shè)施?還有可能造成車輛損壞?？拷鼱恳冸娝幍淖咝熊壢绻獾嚼讚?雷電波會通過回流電纜引至牽引變電所的負(fù)極柜內(nèi)?造成電氣設(shè)備的損壞。因此?設(shè)計中應(yīng)對高架及地面區(qū)段采取綜合防雷措施。

2．2 工程措施

深圳地鐵 3號線接觸軌系統(tǒng)采用了下部接觸授流方式?全線接觸軌均敷設(shè)了絕緣防護罩。防護罩從上部、左右側(cè)面將接觸軌包裹?從雷電波選擇電路導(dǎo)通的*優(yōu)路徑來看?雷電是不會直接擊中接觸軌的。在設(shè)計中?接觸軌通常布置在中間疏散平臺下?鋼制疏散平臺與電纜支架接地扁鋼相連?接地良好；疏散平臺是接觸軌的良好避雷帶?接觸軌處于該避雷帶的保護工作范圍之內(nèi)。因此?工程僅考慮了在接觸軌上的網(wǎng)點、隧道洞門處的接觸軌上設(shè)置避雷器?防止各種可能的過電壓。

在設(shè)計中?將走行軌防雷作為重點?全線走行軌每隔 300ｍ左右就設(shè)置避雷器?防止雷擊車輛或鋼軌帶來的危害。另外?避雷器特性應(yīng)綜合考慮各相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備絕緣配合需求。

為防止雷電波通過回流電纜引至牽引變電所的負(fù)極柜內(nèi)?造成電氣設(shè)備的損壞?高架及地面車站兩端的上、下行鋼軌均設(shè)置了避雷器?防止雷電波侵入變電所或車站內(nèi)帶來的設(shè)備損壞或人員傷害；同時?在相應(yīng)牽引變電所負(fù)極柜母排增設(shè)避雷器。

3 緊急停電按鈕控制系統(tǒng)

3．1 系統(tǒng)功能

為了在緊急情況下快速切斷接觸軌電源?方便人員疏散和事故處理?正線各車站控制室設(shè)置接觸軌供電緊急停電按鈕 （ＥＰＢ）控制系統(tǒng)?車輛段車庫內(nèi)的電氣化軌道線路每隔一定距離設(shè)置緊急停電按鈕。緊急按鈕帶有操作顯示?并有必需的直接輔助觸點?當(dāng)緊急停電按鈕操作時?使開關(guān)跳閘并發(fā)出警報。ＥＰＢ分閘后?閉鎖相關(guān)直流斷路器合閘?直到 ＥＰＢ當(dāng)?shù)厥謩訌?fù)歸后?方可進行直流斷路器的本地／遠程合閘。

3．2 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

正線 ＥＰＢ按鈕設(shè)置于 ＩＢＰ盤上?方便運營人員操作及觀察。在有牽引變電所的車站?ＩＢＰ盤上設(shè)置緊急分閘按鈕及斷路器狀態(tài)指示燈?緊急分閘功能可通過控制電纜?對本車站牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關(guān)發(fā)出跳閘信號?并聯(lián)跳對應(yīng)車站牽引變電所的直流 1500Ｖ饋線開關(guān)；在無牽引變電所的車站?ＥＰＢ通過控制電纜接入經(jīng)過本站的直流斷路器聯(lián)跳回路?對本車站兩端的相鄰牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關(guān)發(fā)出跳閘信號?聯(lián)跳本站兩端相鄰牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關(guān)。

車輛段緊急分閘按鈕通過控制電纜連至庫內(nèi)的繼電器控制箱?通過繼電器控制箱進行信號集中中繼、隔離轉(zhuǎn)換后?輸出直接跳閘信號至車輛段牽引變電所相關(guān)直流1500Ｖ饋線斷路器?驅(qū)動對應(yīng)的直流斷路器直接緊急跳閘。

4 接觸軌帶電顯示裝置

為直觀顯示接觸軌的帶電狀態(tài)?方便運營維護人員在軌行區(qū)工作?在正線停車線和折返線道岔區(qū)、車輛段庫內(nèi)股道旁和檢修庫外中性區(qū)?需設(shè)置接觸軌帶電顯示裝置。

接觸軌帶電顯示裝置采用電壓檢測元件來采樣接觸軌電壓?并觸發(fā)狀態(tài)指示燈來顯示相應(yīng)狀態(tài)?電壓檢測元件考慮了安全降壓及帶熔斷器保護。在帶電顯示裝置面板上?設(shè)置了檢測按鈕及紅色、綠色狀態(tài)指示燈（紅色為帶電?綠色為不帶電 ）。

5 ＵＰＶＣ材質(zhì)防護罩

接觸軌防護罩通常采用玻璃鋼 （ＧＲＰ）材質(zhì)?具有低煙無鹵、難燃、耐大氣老化、耐酸堿、耐腐蝕、耐熱老化的性能特點?在地下及地面區(qū)段均適用?但價格較高。對深圳地鐵 3號線而言?地面及高架段約 25ｋｍ?雙線線路?研究開發(fā)技術(shù)性能好、價格低的新型防護罩是必要的。ＵＰＶＣ材質(zhì)防護罩適合在線路敞開段使用?價格約為 ＧＲＰ材質(zhì)的一半。因此?設(shè)計和研制出各項技術(shù)性能均滿足要求的 ＵＰＶＣ材質(zhì)防護罩?具有較好的經(jīng)濟意義。

為滿足在深圳氣候條件下的正常使用年限?研制的 ＵＰＶＣ材質(zhì)防護罩采取了以下技術(shù)措施：

· 使用上等樹脂；

· 選用耐候性優(yōu)良的助劑 ＡＣＲ；

· 添加無鉛型穩(wěn)定劑?增強抵御含硫化合物的腐蝕；

· 選擇合適的光屏蔽劑-金紅石型復(fù)合鈦白粉和紫外線吸收劑 ＵＶ531、ＧＷ540的種類與用量；

· 選用灰色?添加適量上等專用炭黑?提高耐光性；

· 使用涂裝涂料。

試驗結(jié)果顯示?研制的 ＵＰＶＣ材質(zhì)防護罩的性能優(yōu)良?適合本工程的應(yīng)用需求。

6 滑觸線系統(tǒng)

6．1 功能說明

在車輛段設(shè)置滑觸線系統(tǒng)的目的?在于讓維修人員能夠安全、有效率地完成日常的列車檢修工作?降低接觸軌授流方式對軌旁工作人員帶來的危險。深圳地鐵3號線橫崗車輛段運用庫2層有10條列檢／檢查線?均不設(shè)接觸軌?采用了滑觸線系統(tǒng)。

在運用庫外的咽喉區(qū)?設(shè)置長度長于一列車的接觸軌中性段作為發(fā)車區(qū)?其供電分段采用隔離開關(guān)?以使其供電獨立于其他軌行區(qū)線路的接觸軌?避免出現(xiàn)接觸軌和滑觸線同時給車輛供電的情況。

在進庫時?列車由發(fā)車區(qū)接觸軌供電?駛?cè)霂靸?nèi)安全位置停下?并切斷負(fù)荷?然后打開隔離開關(guān)?中斷由接觸軌供電；接上滑觸線系統(tǒng)后?采用滑觸線系統(tǒng)提供的牽引電源?以手動模式慢速開動?直接駛往預(yù)定位置停下?其間無需停車或轉(zhuǎn)換電源接頭。

在離庫時?發(fā)車區(qū)隔離開關(guān)打開?列車由滑觸線系統(tǒng)供電?駛至庫前安全位置停下并切斷負(fù)荷?然后與滑觸線系統(tǒng)隔離?合上發(fā)車區(qū)隔離開關(guān)?再由發(fā)車區(qū)接觸軌供電駛離。

6．2 系統(tǒng)構(gòu)成

滑觸線系統(tǒng)包括與建筑結(jié)構(gòu)連接的金屬支架及底座、絕緣子、滑觸線導(dǎo)體、絕緣防護罩、滑觸線導(dǎo)體連接線夾、懸掛線夾、電連接線夾、中心錨結(jié)裝置、溫度補償連接板、集電器智能小車、終端擋塊、帶電信號燈、直流電纜、與車輛連接的耦合接頭裝置、耦合接頭裝置專用存放箱、配套連接金具、支架接地扁銅、專用工具、必要的測試設(shè)備等。

集電器智能小車配備有智能控制單元?配合在靜調(diào)柜基礎(chǔ)上研制的滑觸線控制柜?實現(xiàn)滑觸線系統(tǒng)的控制、保護和安全聯(lián)鎖功能。

7 接地短路裝置的研發(fā)思路

7．1 功能說明

目前?接觸軌系統(tǒng)的維修接地通常是在接觸軌停電后?在接觸軌端部彎頭預(yù)留掛環(huán)上掛接地線。該辦法受限于固定地點?不易操作?且不能在接觸軌帶電的情況下實施。新型接地短路裝置應(yīng)能在任何地點方便地短接接觸軌與鋼軌 （或地線 ）?能夠承受短路電流的沖擊。使用該裝置?能充分保障運營維護人員到軌旁作業(yè)；在緊急情況下?列車司機還可使用放置在軌旁的該裝置?直接短接接觸軌和鋼軌?確保疏散人員的安全。

7．2 研發(fā)思路

新型接觸軌接地短路裝置應(yīng)由走行軌卡爪 （接地扁鋼卡爪 ）、接觸軌卡爪、連接電纜和絕緣操作手柄組成。操作人員首先將走行軌卡爪與鋼軌連接好?然后操作絕緣手柄將接觸軌卡爪與接觸軌良好接觸?達到接觸軌短路的目的。目前?該裝置處于研發(fā)階段。

8 結(jié)語

深圳地鐵 3號線全線 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統(tǒng)的實施?促成了以上幾項**設(shè)計與研究成果?進一步完善了 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統(tǒng)的成套技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用?將為類似軌道交通工程提供參考?并在工程實踐中得到升華與提高。