魏義山，王 穎，吳 煉

（紹興市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312099）

紹興2號(hào)線地鐵車輛采用受電弓受流、專用軌回流制式，由于紹興2號(hào)線初期不設(shè)置車輛段，共用紹興1號(hào)線萬(wàn)繡路車輛段進(jìn)行定修，紹興2號(hào)線地鐵車輛需通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道轉(zhuǎn)線至紹興1號(hào)線線路運(yùn)行，由于紹興1號(hào)線采用鋼軌回流，而紹興2號(hào)線采用專用軌回流，因此紹興2號(hào)線地鐵車輛需同時(shí)具備專用軌回流和鋼軌回流2種模式，并且在聯(lián)絡(luò)通道處進(jìn)行回流模式的轉(zhuǎn)換，地鐵車輛和聯(lián)絡(luò)通道處均需具備回流模式轉(zhuǎn)換的條件。當(dāng)紹興2號(hào)線地鐵車輛回流靴全部接觸不良或懸空時(shí)或在紹興1號(hào)線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時(shí)，如果采用常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路接線設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)回流靴帶電的問(wèn)題，存在觸電安全隱患。

1 回流模式轉(zhuǎn)換相關(guān)問(wèn)題研究

1.1 回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)置問(wèn)題

1.1.1 問(wèn)題來(lái)源

紹興2號(hào)線地鐵車輛采用4節(jié)編組，每2節(jié)車為1個(gè)單元，總計(jì)2個(gè)單元，每個(gè)單元均設(shè)置受電弓，地鐵車輛在聯(lián)絡(luò)通道處從紹興2號(hào)線線路轉(zhuǎn)換至紹興1號(hào)線線路時(shí)，需要在停車狀態(tài)下將回流模式由“專用軌回流”轉(zhuǎn)換為“鋼軌回流”，從紹興1號(hào)線線路轉(zhuǎn)換至紹興2號(hào)線線路時(shí)，需要在停車狀態(tài)下將回流模式由“鋼軌回流”轉(zhuǎn)換至“專用軌回流”。地鐵車輛既要具備專用軌回流模式，同時(shí)需具備鋼軌回流模式，因此需在車輛上設(shè)置專用裝置進(jìn)行不同回流模式轉(zhuǎn)換，專用軌回流模式下車輛主電路設(shè)計(jì)增設(shè)貫通式回流母線[1]，鋼軌回流模式車輛主電路設(shè)計(jì)與常規(guī)地鐵車輛一致。

1.1.2 解決措施

根據(jù)回流轉(zhuǎn)換需求及車輛實(shí)際條件，研究確定在車輛上設(shè)置回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以控制不同回流模式的轉(zhuǎn)換，回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路圖及控制邏輯如下。

1.1.2.1 回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路圖

回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)外部繼電接點(diǎn)給出允許、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制指令，并通過(guò)回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)檢測(cè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)，回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)涉及牽引系統(tǒng)主電路如圖1所示，回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路如圖2所示。

圖1 牽引系統(tǒng)主電路框圖

圖2 回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路圖（ST位）

1.1.2.2 回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制邏輯

回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制邏輯如表1所示。

表1 回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制邏輯

通過(guò)回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及相關(guān)電路的設(shè)置，車輛具備了靈活轉(zhuǎn)換回流模式的功能，能可靠運(yùn)行于鋼軌回流線路和專用軌回流線路，滿足在紹興2號(hào)線及紹興1號(hào)線轉(zhuǎn)線運(yùn)行的需求。

1.2 聯(lián)絡(luò)通道回流模式轉(zhuǎn)換問(wèn)題

1.2.1 問(wèn)題來(lái)源

在初期設(shè)計(jì)文件中，聯(lián)絡(luò)通道處紹興1號(hào)線部分按鋼軌回流進(jìn)行供電和軌道等專業(yè)設(shè)計(jì)，紹興2號(hào)線部分按專用軌回流進(jìn)行供電和軌道等專業(yè)設(shè)計(jì)，聯(lián)絡(luò)通道中心位置作為2條線路的分界點(diǎn)，在分界點(diǎn)處設(shè)置鋼軌絕緣節(jié)和接觸網(wǎng)絕緣分段，初期聯(lián)絡(luò)通道設(shè)備設(shè)置如圖3所示。

圖3 初期聯(lián)絡(luò)通道設(shè)備設(shè)置

通過(guò)理論分析，紹興2號(hào)線地鐵車輛在聯(lián)絡(luò)通道處由紹興2號(hào)線至紹興1號(hào)線運(yùn)行時(shí)，此時(shí)列車處于專用軌回流位，1單元車輛會(huì)逐漸運(yùn)行至紹興1號(hào)線線路鋼軌回流區(qū)，列車停車時(shí)需要施加電制動(dòng)，此時(shí)牽引電機(jī)通過(guò)再生制動(dòng)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，因供電系統(tǒng)專用軌與鋼軌間單向隔離，牽引系統(tǒng)電制動(dòng)能量無(wú)法被正常吸收，電制動(dòng)電壓升高，車輛電制動(dòng)電壓為接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌電壓，供電系統(tǒng)保護(hù)電壓為接觸網(wǎng)對(duì)專用軌電壓，導(dǎo)致電壓無(wú)法正常匹配，可能會(huì)引起供電系統(tǒng)框架電壓保護(hù)動(dòng)作，紹興2號(hào)線地鐵車輛在聯(lián)絡(luò)通道處由紹興1號(hào)線至紹興2號(hào)線運(yùn)行也存在同樣問(wèn)題。

紹興2號(hào)線地鐵車輛通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道時(shí)，需要1單元和2單元車輛均通過(guò)紹興1號(hào)線和紹興2號(hào)線各自的變電站進(jìn)行供電和回流，供電和回流須構(gòu)成一個(gè)回路，遵循“從哪來(lái)回哪去”的原則，即來(lái)自各自線路變電站的供電，其回流也需回到各自的變電站。當(dāng)列車在聯(lián)絡(luò)通道中間位置停車進(jìn)行回流模式轉(zhuǎn)換，再次啟動(dòng)時(shí)，由于車輛高壓母線是單元貫通，沒(méi)有全列車貫通，因此車輛將有1個(gè)單元因無(wú)法回流而損失牽引動(dòng)力，影響列車通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道和轉(zhuǎn)線運(yùn)行效率。

1.2.2 解決措施

針對(duì)在聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行回流模式轉(zhuǎn)換時(shí)遇到的問(wèn)題，供電和軌道專業(yè)更改了初期設(shè)計(jì)文件中對(duì)于聯(lián)絡(luò)通道處的設(shè)備設(shè)置方案，在聯(lián)絡(luò)通道兩端分別設(shè)置鋼軌絕緣節(jié)，專用軌從紹興2號(hào)線鋪設(shè)至紹興1號(hào)線鋼軌絕緣節(jié)，鋼軌絕緣處理從紹興1號(hào)線安裝至紹興2號(hào)線鋼軌絕緣節(jié)，靠近紹興1號(hào)線一端接觸網(wǎng)設(shè)置分段絕緣器且與紹興1號(hào)線鋼軌絕緣節(jié)對(duì)齊，在鋼軌和專用軌之間設(shè)置單導(dǎo)裝置，最新聯(lián)絡(luò)通道設(shè)備設(shè)置如圖4所示。

圖4 最新聯(lián)絡(luò)通道設(shè)備設(shè)置

紹興2號(hào)線地鐵車輛在聯(lián)絡(luò)通道處由紹興2號(hào)線至紹興1號(hào)線運(yùn)行時(shí)，列車在聯(lián)絡(luò)通道兩鋼軌絕緣節(jié)中間區(qū)段停車，將回流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由“專用軌回流”位轉(zhuǎn)換至“鋼軌回流”位，列車啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，1單元和2單元車輛均通過(guò)鋼軌及單導(dǎo)裝置至專用軌進(jìn)行回流，當(dāng)列車1單元受電弓運(yùn)行至紹興1號(hào)線接觸網(wǎng)時(shí)，1單元列車此時(shí)牽引所消耗的能量或電制動(dòng)產(chǎn)生的能量可以通過(guò)紹興1號(hào)線的鋼軌進(jìn)行回流，2單元列車此時(shí)牽引所消耗的能量或電制動(dòng)產(chǎn)生的能量可以通過(guò)紹興2號(hào)線的專用軌進(jìn)行回流，直至整列車運(yùn)行至紹興1號(hào)線線路上，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，列車牽引系統(tǒng)電制動(dòng)能量均能被正常吸收，不會(huì)引起供電系統(tǒng)框架電壓保護(hù)動(dòng)作，紹興2號(hào)線地鐵車輛在聯(lián)絡(luò)通道處由紹興1號(hào)線至紹興2號(hào)線的運(yùn)行原理相同。

紹興2號(hào)線地鐵車輛牽引系統(tǒng)單元貫通，因此即使紹興1號(hào)線接觸網(wǎng)與紹興2號(hào)線接觸網(wǎng)電勢(shì)不同，也不會(huì)引起牽引回路短路，紹興2號(hào)線地鐵車輛輔助系統(tǒng)全列車貫通，但輔助高壓回路設(shè)置了隔離二極管，能夠有效隔離紹興1號(hào)線接觸網(wǎng)與紹興2號(hào)線接觸網(wǎng)的電壓，因此列車在聯(lián)絡(luò)通道運(yùn)行時(shí)對(duì)牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)均不會(huì)造成任何不利影響，不會(huì)造成列車動(dòng)力損失和空調(diào)照明等輔助設(shè)備失電。

1.3 回流靴帶電問(wèn)題

1.3.1 問(wèn)題來(lái)源

當(dāng)列車處于“專用軌回流”模式時(shí)，回流靴可靠接觸回流軌，能構(gòu)成完整的供電回路，就不存在回流靴帶電風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)列車處于“專用軌回流”模式時(shí)，回流靴全部接觸不良或懸空時(shí)，將無(wú)法構(gòu)成供電回路，正常升弓或庫(kù)用供電時(shí)，如果采用常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路接線設(shè)計(jì)，回流靴會(huì)帶電且電壓接近供電電壓，有觸電安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)列車在紹興1號(hào)線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時(shí)，回流靴帶電原理相同。

專用軌回流模式時(shí)，如果回流靴未接入，正常升弓時(shí)，牽引逆變器（高速斷路器閉合狀態(tài)）和輔助逆變器因未檢測(cè)到電壓，其預(yù)充電接觸器不會(huì)閉合，高壓預(yù)充電電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，不會(huì)存在回流靴帶電風(fēng)險(xiǎn)。但輔助逆變器設(shè)置了應(yīng)急啟動(dòng)裝置（DPBS），應(yīng)急啟動(dòng)裝置內(nèi)部主要為電容和電阻，在專用軌回流模式時(shí)，如果回流靴未接入，電壓會(huì)經(jīng)過(guò)應(yīng)急啟動(dòng)裝置到接地電容（C1），從而出現(xiàn)上述回流靴帶電現(xiàn)象，常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑如圖5所示。

圖5 常規(guī)地鐵車輛輔助供電電路和電容C1充電途徑

因此在受電弓升弓或車間電源供電時(shí)，且在專用軌回流模式下，當(dāng)回流靴全部接觸不良或懸空時(shí)，電容C1可通過(guò)圖3箭頭所示路徑進(jìn)行充電，電容C1兩端電壓接近供電電壓，且由于該電容C1無(wú)放電路徑，且與回流靴相連，對(duì)外表現(xiàn)為回流靴與車體之間有高壓存在。此時(shí)，如有人員誤操作觸摸回流靴，將存在觸電風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2 解決措施

通過(guò)更改應(yīng)急啟動(dòng)裝置回流接線方案，避免C1電容不正常充電。將應(yīng)急電源輸入端的負(fù)線從輔助電源箱中單獨(dú)引出，接到鋼軌接地排或接地裝置上。當(dāng)回流靴全部接觸不良或懸空或在紹興1號(hào)線線路上誤將回流模式從鋼軌回流轉(zhuǎn)換為專用軌回流時(shí)，C1電容無(wú)充電路徑，回流靴無(wú)帶電風(fēng)險(xiǎn)，且應(yīng)急啟動(dòng)功能不受影響，更改后的地鐵車輛輔助供電電路如圖6所示。

圖6 更改后地鐵車輛輔助供電電路

更改應(yīng)急啟動(dòng)裝置的回流接線，既能保證列車功能完整，又可徹底消除風(fēng)險(xiǎn)，紹興2號(hào)線采用該種方案可解決特定模式下的回流靴帶電風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

2 總結(jié)

紹興2號(hào)線采用專用軌回流新技術(shù)，配套設(shè)計(jì)的地鐵車輛為國(guó)內(nèi)地鐵車輛的新制式，在紹興2號(hào)線地鐵車輛和聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了眾多與常規(guī)地鐵車輛和聯(lián)絡(luò)通道截然不同的復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題，本文詳細(xì)闡述了回流模式轉(zhuǎn)換遇到的相關(guān)問(wèn)題，并進(jìn)行針對(duì)性分析，提出解決措施，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，并在后續(xù)進(jìn)行回流模式轉(zhuǎn)換相關(guān)專項(xiàng)驗(yàn)證。