車輛段鏇輪線電化設(shè)計(jì)及打火問題解決研究

樂天晗

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣東 廣州 510010)

0 引言

輪軌關(guān)系匹配是保障車輛運(yùn)行舒適度及穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，地鐵車輛受線路條件影響，尤其在曲線、道岔等地段，由于輪軌磨耗作用，車輛輪對難免產(chǎn)生損傷。不落輪鏇床作為軌道交通車輛段內(nèi)三大設(shè)備之一，在地鐵車輛檢修作業(yè)中廣泛使用并發(fā)揮了重要作用。不落輪鏇床在車輛不解編的條件下，對輪對的輪緣、踏面進(jìn)行測量與鏇修，鏇床的工作狀態(tài)及鏇輪作業(yè)的效率，將直接影響到檢修部門是否能為運(yùn)營部門提供足夠數(shù)量狀態(tài)健康的列車[1]。在鏇輪線電化后容易出現(xiàn)鏇輪設(shè)備打火現(xiàn)象，因此車輛段內(nèi)鏇輪線電化范圍根據(jù)各地區(qū)運(yùn)營檢修作業(yè)規(guī)程及習(xí)慣存在較大差異，本文主要針對鏇輪線電化及相關(guān)配套設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行了研究。

1 行業(yè)現(xiàn)狀

本研究首先對目前國內(nèi)典型車輛基地鏇輪線股道電化范圍及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、鏇輪線股道打火原因進(jìn)行了分析研究。目前車輛段鏇輪線股道電化范圍設(shè)計(jì)主要分為兩種技術(shù)路線，一類為接觸網(wǎng)電化至咽喉區(qū)，由工程車將電客車推行至鏇輪庫前，再由公鐵兩用車牽引進(jìn)行鏇輪作業(yè)。如廣州地鐵18號線萬頃沙車輛段。另一類做法為電化終點(diǎn)設(shè)置在鏇輪庫前，電客車憑借自身動力運(yùn)行至鏇輪庫前，再由公鐵兩用車牽引進(jìn)行鏇輪作業(yè)，如深圳地鐵10號線涼帽山車輛段，對兩種做法的詳細(xì)方案介紹如下。

1.1 電化至咽喉區(qū)

在《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“為滿足設(shè)備絕緣要求，避免軌道雜散電流影響，鏇輪庫入庫軌道上應(yīng)設(shè)置2個絕緣節(jié)，第1個絕緣節(jié)設(shè)置在鏇輪坑邊，第2個絕緣節(jié)的位置距第1個絕緣節(jié)應(yīng)不小于1列車長+15 m”[2]。按照此要求，鏇輪線股道電化設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 鏇輪線電化至咽喉區(qū)方案示意

該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雖可完全避免鏇輪線股道打火現(xiàn)象發(fā)生，但是該模式下鏇輪線股道絕緣區(qū)域較長，列車無法憑借自身動力運(yùn)行至庫前。負(fù)責(zé)鏇輪牽引作業(yè)的公鐵兩用車，根據(jù)運(yùn)營作業(yè)規(guī)程不得用于列車通過咽喉區(qū)及道岔的牽引作業(yè)，因此運(yùn)營車輛檢修部門鏇輪作業(yè)時需工程車調(diào)車配合，而工程車司機(jī)屬乘務(wù)部門，一次鏇輪調(diào)車作業(yè)需檢修、乘務(wù)、調(diào)度等多部門協(xié)調(diào)，單次調(diào)車作業(yè)時長約2 h，效率較低。

1.2 電化至鏇輪庫前

在《深圳地鐵新線段場建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“鏇輪線(靠咽喉區(qū)一側(cè))距離鏇床10 m處應(yīng)設(shè)置1個停車標(biāo)識牌，接觸網(wǎng)止于停車標(biāo)識牌位置，電客車鏇輪時依靠自身動力行至該線停車標(biāo)識牌位置；鏇輪線停車標(biāo)識牌至庫前信號機(jī)的距離具備停放1列地鐵列車+10 m的安全距離，并避免壓信號調(diào)車；停車標(biāo)識牌與鏇床地坑之間軌道應(yīng)設(shè)置絕緣節(jié)，庫前信號機(jī)處應(yīng)設(shè)置單導(dǎo)絕緣節(jié)，避免將電流導(dǎo)入鏇輪庫對設(shè)備造成影響”[3]。按照此標(biāo)準(zhǔn)的要求，鏇輪線股道電化設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 鏇輪線電化至鏇輪庫前方案示意

采用電化終點(diǎn)設(shè)置于鏇輪庫前的做法，車輛在進(jìn)行鏇修作業(yè)時，電客車可憑借自身動力運(yùn)行至鏇輪庫前，之后由公鐵兩用車牽引至庫內(nèi)鏇修作業(yè)，作業(yè)效率高，但存在公鐵兩用車牽引電客車跨過電化/非電化區(qū)時打火風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)列車在鏇輪線電化終點(diǎn)降弓后，咽喉區(qū)其余股道有電客車經(jīng)過時，絕緣節(jié)2右側(cè)股道電位較高，絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間股道殘余電流無法通過單導(dǎo)完全回流至牽引變電所，因此絕緣節(jié)1兩側(cè)股道存在電位差，此時公鐵兩用車牽引列車入庫鏇輪作業(yè)時，絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間股道殘余電流經(jīng)車輛傳導(dǎo)至庫內(nèi)，可能產(chǎn)生輪對與鏇輪設(shè)備打火情況。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

經(jīng)前文中對幾種典型的鏇輪線電化范圍設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)方案的分析，總結(jié)提煉出以下優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)及前置條件：(1)為保證車輛鏇輪作業(yè)效率最大化，優(yōu)化方案中接觸網(wǎng)電化終點(diǎn)需設(shè)置在庫前位置；(2)為保證檢修關(guān)鍵設(shè)備的使用安全，設(shè)備安裝范圍股道不得產(chǎn)生打火現(xiàn)象。

基于上述前置條件及優(yōu)化目標(biāo)，本文研究了2種鏇輪線電化設(shè)計(jì)方案。

2.1 優(yōu)化方案一

優(yōu)化方案一在前文1.2節(jié)中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，將絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間股道接入接地網(wǎng)，保證車輛運(yùn)行至電化終點(diǎn)降弓后，處于零電位狀態(tài)，即使咽喉區(qū)其余股道有車輛運(yùn)行也不會導(dǎo)致絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間股道因與庫內(nèi)股道存在電位差而發(fā)生打火現(xiàn)象(見圖3)。

圖3 電化范圍優(yōu)化方案一示意圖

鏇床至鏇輪線信號機(jī)股道長度L=L1+L2+L3，其中L1為鏇床至停車標(biāo)識牌距離，通常取值大于10 m，L2為列車長度，L3為列車末端至信號機(jī)距離，通常取值大于10 m。

2.2 優(yōu)化方案二

在優(yōu)化方案二中，在鏇床設(shè)備前設(shè)置絕緣節(jié)1、絕緣節(jié)2，絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間間距大于安全距離S，并將絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間股道接入接地網(wǎng)。在絕緣節(jié)2位置處設(shè)置“停車標(biāo)識牌”，接觸網(wǎng)止于“停車標(biāo)識牌”位置，電客車可依靠自身動力行至該線“停車標(biāo)識牌”位置，股道“停車標(biāo)識牌”至庫前信號機(jī)的距離具備“停放1列地鐵列車+10 m”的安全距離，庫前信號機(jī)處應(yīng)設(shè)置絕緣節(jié)3及單導(dǎo)(見圖4)。

在優(yōu)化方案中，絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間接地后，可確保此區(qū)域始終處于零電位。當(dāng)鏇輪線作業(yè)列車在接觸網(wǎng)電化終點(diǎn)降弓后，咽喉區(qū)其余股道有電客車經(jīng)過時，絕緣節(jié)3右側(cè)股道電位較高，絕緣節(jié)2～絕緣節(jié)3之間股道殘余電流無法通過單導(dǎo)完全回流至牽引變電所，因此絕緣節(jié)2兩側(cè)股道存在一定的電位差。當(dāng)公鐵兩用車牽引列車入庫鏇輪作業(yè)時，絕緣節(jié)2～絕緣節(jié)3之間股道殘余電流經(jīng)車輛輪對導(dǎo)入絕緣節(jié)1～絕緣節(jié)2之間，進(jìn)而通過大地回流，而不會傳導(dǎo)至庫內(nèi)導(dǎo)致設(shè)備打火損壞[4-6]。

圖4 電化范圍優(yōu)化方案二示意圖

鏇床至鏇輪線信號機(jī)股道長度L=S+L2+L3，其中S為絕緣節(jié)1、2間安全距離，取值根據(jù)車輛導(dǎo)電方案確定，通常單節(jié)車兩轉(zhuǎn)向架之間設(shè)置有匯流排，安全距離S取值為單節(jié)車1軸輪對與4軸輪對中心距，以地鐵B型車為例，安全距離S為14.9 m，如圖5所示。L2為列車長度，L3為列車末端至信號機(jī)安全距離，通常取值大于10 m。

圖5 安全距離取值示意圖

2.3 優(yōu)化方案對比及結(jié)論

對兩種優(yōu)化方案對比如表1所示。

考慮優(yōu)化方案一可徹底避免鏇輪線打火問題，同時做法相對簡單，可靠性更高，推薦鏇輪線電化設(shè)計(jì)采用優(yōu)化方案一。

2.4 應(yīng)用案例

深圳地鐵10號線涼帽山車輛段原設(shè)計(jì)方案鏇輪線電化終點(diǎn)設(shè)置在鏇輪庫前，電客車憑借自身動力運(yùn)行至鏇輪庫，由公鐵兩用車牽引進(jìn)行鏇輪作業(yè)，如圖2中所示。車輛段在不落輪鏇床聯(lián)調(diào)及首次測量作業(yè)過程中發(fā)生打火現(xiàn)象，如圖6所示。

表1 優(yōu)化方案對比表

圖6 鏇輪線股道打火現(xiàn)場圖

經(jīng)專題會議研究討論，采用優(yōu)化方案一，在鏇輪線入庫側(cè)加裝接地線整改后，經(jīng)過連續(xù)5周5次測試未出現(xiàn)打火現(xiàn)象。后續(xù)涼帽山車輛段已經(jīng)完成多列車輛輪對鏇修作業(yè)，未出現(xiàn)打火現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

本文中提出的鏇輪線優(yōu)化方案，相比于行業(yè)現(xiàn)采用的幾類主流做法，存在如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)方案檢修作業(yè)效率高：電客車可憑借自身動力運(yùn)行至鏇輪庫前，之后由公鐵兩用車牽引至庫內(nèi)鏇修作業(yè)，作業(yè)效率高。

(2)方案可靠性高，負(fù)面影響?。烘涊喚€可完全避免打火現(xiàn)象的發(fā)生，同時導(dǎo)入大地的雜散電流量較少，影響可控。

(3)方案可實(shí)施性好，成本低：經(jīng)初步測算，相對于鏇輪線電化至咽喉區(qū)做法，增加絕緣節(jié)、單導(dǎo)、接觸網(wǎng)長度總成本預(yù)估在20萬元內(nèi)，而保護(hù)的鏇床及公鐵兩用車設(shè)備價值近1 000萬元，同時不額外增加鏇輪線有效長度要求，可實(shí)施性好。

此優(yōu)化方案除在鏇輪線適用外，可適用于所有軌道下方設(shè)置設(shè)備的股道，如設(shè)有固定式架車機(jī)、落轉(zhuǎn)向架設(shè)備、固定式稱重設(shè)備等設(shè)備的大架修股道，對于新建及改造的車輛段設(shè)計(jì)施工過程中解決設(shè)備打火問題具備一定參考價值。