dc1000v四軌技術(shù)在軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

dc1000v四軌技術(shù)在軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

0牽引軌第三軌回流目前，中國(guó)城市軌道交通采用接觸網(wǎng)或接觸網(wǎng)向車輛供電，并通過(guò)軌線返回監(jiān)控系統(tǒng)。這種供電制式由于走行軌不可能完全絕緣于道床,會(huì)使?fàn)恳亓魍ㄟ^(guò)鋼軌泄漏,形成雜散電流。為避免雜散電流的不利影響,國(guó)外在接觸軌系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出四軌系統(tǒng)技術(shù),即牽引變電所通過(guò)牽引軌(第三軌)將電能輸送給機(jī)車,然后通過(guò)專用回流軌(第四軌)回流至牽引變電所。DC1500V電壓制式具有供電距離長(zhǎng)、電壓損失小、可承受客流量大、雜散電流影響小等優(yōu)點(diǎn),為了將四軌回流的優(yōu)越性與DC1500V供電制式的優(yōu)越性更好地結(jié)合起來(lái),開(kāi)展DC1500V四軌系統(tǒng)的技術(shù)可行性研究是十分必要的。1四個(gè)軌系統(tǒng)的cd-1500v組成1.1牽引軌、回流軌、防護(hù)裝置及接頭目前,工程上成功運(yùn)用的四軌系統(tǒng)是在三軌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,該系統(tǒng)主要由牽引軌、回流軌、支持裝置、防護(hù)罩、膨脹接頭、端部彎頭、中心錨結(jié)和普通接頭等組成。牽引軌和回流軌采用相同類型的鋼鋁復(fù)合軌,通過(guò)牽引軌向機(jī)車不間斷地提供電能,回流軌與變電所負(fù)極柜相連,形成完整的向機(jī)車供電回路,通常采用側(cè)部受流方式。1.2牽引軌和回流軌布置方案按照車輛受流方式及接觸軌安裝位置的不同,DC1500V四軌系統(tǒng)可采用牽引軌和回流軌分別安裝在線路兩側(cè),牽引軌和回流軌安裝在線路同側(cè)2種方案。從工程可行性和節(jié)省投資方面考慮,采用牽引軌和回流軌在線路同側(cè)安裝的方案。1.2.1牽引軌、回流軌牽引軌和回流軌同側(cè)安裝時(shí),按照接觸軌懸吊方式的不同,可分為上部受流、下部受流和側(cè)部受流3種方式。3種受流方式的安裝見(jiàn)圖1—圖3。3種方式所安裝的牽引軌和回流軌均被夾持在整體絕緣支架的絕緣塊內(nèi),可以保證牽引軌和回流軌均隨著溫度變化自由伸縮,且均設(shè)置了防護(hù)罩使?fàn)恳壓突亓鬈壥艿奖Ｗo(hù)。另外,3種方式均安裝方便,零部件成熟。但在車輛取流方面,前2種方式中集電靴從上面及下面與牽引軌和回流軌同時(shí)接觸,車輛運(yùn)行時(shí)兩集電靴與牽引軌、回流軌的接觸壓力不易同步,取流較不穩(wěn)定,技術(shù)不成熟,沒(méi)有應(yīng)用的實(shí)例。第3種側(cè)部受流方式,車輛運(yùn)行時(shí)兩集電靴與牽引軌、回流軌的接觸壓力同步變化,集電靴取流更趨穩(wěn)定,并且已有DC750V四軌系統(tǒng)采用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1.2.2牽引軌和回流軌側(cè)部受流(1)對(duì)限界的影響。同側(cè)上、下部受流方式由于牽引軌和回流軌同側(cè)上下安裝,因此整體絕緣支架高度增加,需要的限界增大,與DC1500V三軌系統(tǒng)相比,垂直方向凈空增加約350mm,水平方向限界基本不變。側(cè)部受流方式由于牽引軌和回流軌側(cè)部安裝,與DC1500V三軌系統(tǒng)相比,垂直方向凈空增加約200mm,水平方向增加約50mm。(2)對(duì)車輛構(gòu)造的影響。與傳統(tǒng)供電方式相比,四軌系統(tǒng)對(duì)車輛的影響最大,車輛集電靴和牽引供電回流電路需作相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于3種受流方式而言,同側(cè)上部受流方式和同側(cè)下部受流方式要求車輛集電靴的空間距離比同側(cè)側(cè)部受流方式大,至少多一個(gè)軌高,因此對(duì)車輛整體構(gòu)造影響較大。由于牽引軌與回流軌同時(shí)存在,兩根軌間絕緣的可靠性、對(duì)車輛構(gòu)造的影響以及受流的穩(wěn)定性應(yīng)作為重點(diǎn)考慮。根據(jù)國(guó)外四軌系統(tǒng)的建造經(jīng)驗(yàn),在隧道內(nèi)及地面段,四軌系統(tǒng)均采用側(cè)部受流方式。因此,DC1500V四軌系統(tǒng)推薦采用牽引軌和回流軌同側(cè)側(cè)部受流的安裝方案。2應(yīng)用csic1500v四軌網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可行性2.1牽引軌和回流軌同時(shí)鋪設(shè)四軌系統(tǒng)與三軌系統(tǒng)相比較,三軌系統(tǒng)適用的工程四軌系統(tǒng)同樣適用。根據(jù)國(guó)外四軌系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在隧道內(nèi)四軌的設(shè)置模式基本與三軌系統(tǒng)一致。牽引軌和回流軌同時(shí)架設(shè),在安裝空間上要略大于三軌系統(tǒng)單根牽引軌所需要的空間要求。因此在隧道內(nèi)、高架橋以及地面區(qū)段四軌系統(tǒng)均適用。2.2未布置專業(yè)管線DC1500V四軌系統(tǒng)與DC1500V三軌系統(tǒng)相比,對(duì)于土建的要求基本一致,隧道凈空要求可以不變,僅在四軌安裝處的安裝空間要求較大,部分地段需與其同側(cè)敷設(shè)的其他專業(yè)管線(如區(qū)間給排水管、弱電電纜等)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整避讓。原三軌系統(tǒng)中對(duì)某些其他專業(yè)的要求可以取消,如對(duì)軌道的絕緣要求、對(duì)整體道床及結(jié)構(gòu)鋼筋的焊接要求、對(duì)接地網(wǎng)與結(jié)構(gòu)鋼筋的絕緣要求、對(duì)區(qū)間金屬管線的絕緣要求、對(duì)屏蔽門與鋼軌的等電位要求等。2.3軌系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的設(shè)計(jì)在安全防護(hù)措施方面DC1500V四軌系統(tǒng)與DC1500V三軌供電系統(tǒng)需重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是一致的。應(yīng)對(duì)DC1500V四軌系統(tǒng)的對(duì)地絕緣、泄漏保護(hù)、人身防護(hù)和防雷保護(hù)等4個(gè)方面加以嚴(yán)格控制,以提高系統(tǒng)的安全性。(1)對(duì)地絕緣措施。由于牽引軌的安裝位置與軌道齊平,與其他軌旁設(shè)備在同一個(gè)層次及人為觸及有效范圍內(nèi),因此,DC1500V四軌系統(tǒng)在設(shè)計(jì)控制上,除對(duì)自身的設(shè)備應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定絕緣距離外,還要重點(diǎn)考慮如何屏蔽對(duì)其他專業(yè)的電磁干擾,加強(qiáng)自身的防護(hù)等級(jí),盡可能地減少帶電體的裸露范圍。加強(qiáng)系統(tǒng)構(gòu)件的絕緣水平設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手:(1)滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)的基本要求,即滿足對(duì)地最小靜態(tài)間隙150mm,最小動(dòng)態(tài)間隙100mm。(2)通過(guò)優(yōu)化絕緣支架、防護(hù)罩等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì),提高絕緣元件的結(jié)構(gòu)絕緣特性參數(shù)、耐污閃性能、承受過(guò)電壓的技術(shù)水平。(3)在設(shè)備選材方面重點(diǎn)考慮承受過(guò)電壓的水平,采用工程技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的設(shè)計(jì)方針,在安裝條件允許的情況下盡量加大絕緣耐壓水平,在設(shè)備電氣參數(shù)的選配方面,適度提高等級(jí)。(4)重點(diǎn)控制鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼接觸面的光滑度、表面不平整度等工藝技術(shù)參數(shù),保證受流器與鋼鋁復(fù)合軌之間的良好接觸及取流。(2)絕緣泄漏時(shí)的保護(hù)方案。對(duì)于DC1500V制式四軌供電方式,由于電壓等級(jí)較高,其安全防護(hù)等各方面的要求都較DC750V制式要高。如果四軌系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)置接地線,當(dāng)發(fā)生牽引軌單點(diǎn)對(duì)地短路時(shí),會(huì)造成軌電位升高,不利于整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此應(yīng)在全線裝設(shè)貫通的接地線,并與牽引變電所的接地母排相連接。結(jié)合四軌的安裝方式,可選擇扁銅或扁鋁作為接地線,安裝在整體絕緣支架底座上。(3)人員防護(hù)措施。為防止和避免乘客或檢修人員無(wú)意中觸碰到帶電的牽引軌及其附屬設(shè)備,在四軌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要可采取以下2個(gè)措施加以防范:(1)全線安裝防護(hù)罩。為保證人身安全,體現(xiàn)“以人為本”的工程理念,在全線所有架設(shè)的四軌裝置上均安裝防護(hù)罩。防護(hù)罩通過(guò)防護(hù)罩支撐卡安裝在鋼鋁復(fù)合軌上。防護(hù)罩和防護(hù)罩支撐卡均采用玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂(GRP)材質(zhì)?？沙惺苡砷_(kāi)關(guān)操作或短路引起的過(guò)電壓,從而有效地防止了無(wú)意觸電的可能。(2)在站臺(tái)處四軌換邊布置。在車站站臺(tái)處,四軌系統(tǒng)應(yīng)布置在站臺(tái)的對(duì)側(cè),遠(yuǎn)離旅客,減少旅客跌落在線路上發(fā)生電擊事故的可能性。(4)防雷保護(hù)方案。對(duì)于安裝在地面和高架線路的四軌系統(tǒng)來(lái)說(shuō),由于其安裝高度較低,直擊雷破壞的概率很小,如地面建筑設(shè)施已經(jīng)設(shè)有避雷帶等措施,基本處于建筑物防雷范圍之內(nèi)。如果鋼鋁復(fù)合軌位于較為空曠的地段,由于安裝了防護(hù)罩,直擊雷則首先電擊防護(hù)罩,而不會(huì)對(duì)鋼鋁復(fù)合軌造成雷電瞬間短路,這一點(diǎn)在北京和國(guó)外地鐵地面及高架線路的鋼鋁復(fù)合軌運(yùn)行中得到驗(yàn)證。因此對(duì)于典型四軌系統(tǒng)防雷保護(hù)來(lái)說(shuō),更多的是防止雷電波進(jìn)入變電所而損壞其他設(shè)備。主要措施有:(1)地面及高架區(qū)段牽引變電所直流饋出線上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)處設(shè)置避雷器,以限制雷電波或過(guò)電壓損害變電所設(shè)備。(2)地面及高架區(qū)段的負(fù)回流箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)避雷器,防止雷電壓通過(guò)鋼軌傳至牽引變電所而損害變電所設(shè)備。(3)隧道洞口的牽引軌上設(shè)置氧化鋅避雷器,以限制雷電波的入侵。(4)為了防止直擊雷損害高架橋梁上的電器設(shè)備,在高架橋梁裝設(shè)避雷帶,四軌系統(tǒng)利用避雷帶防止直擊雷。3軌系統(tǒng)的應(yīng)用前景我國(guó)現(xiàn)有城市軌道交通工程由于利用走行軌回流,不可避免地會(huì)產(chǎn)生雜散電流泄漏,從而腐蝕結(jié)構(gòu)鋼筋,降低隧道或橋梁的使用壽命。若采用四軌回流方式,雖然在工程建設(shè)時(shí)增加了工程投資,但可完全避免雜散電流的腐蝕危害,提高隧道或橋梁等的使用壽命,所產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工程建設(shè)增加的投資。通過(guò)對(duì)DC1500V四軌系