天津轨道交通运营集团有限公司 天津市 300222
摘要：地铁线路供电采用直流供电，沿线分布多个牵引所、降压所，牵引所车站常设置绝缘锚段关节，用来将不同区域供电分断。车辆受电弓一般会在运行中滑过绝缘锚段关节，特殊情况下，受电弓可能停在绝缘锚段关节处，由于两个供电分区网压不同，受电弓在此处与接触网接触不紧密，容易造成较大拉弧现象，严重时会烧坏弓网，甚至烧断接触线，导致停运，严重影响地铁安全运行。本文通过分析天津地铁6号线不同供电分区网压差，对比2017年4月14日上海地铁接触线熔断事件，分析天津地铁6号线列车在绝缘锚段关节启停风险，给出降低风险的建议与措施。
关键词：接触网；供电臂；网压；受电弓
一、前言
架空接触网因其安全性较高、在大铁已成熟应用的条件下，越来越多的出现在各大城市地铁供电线路中。架空接触网是电客车的电能来源，与电客车受电弓直接接触。柔性接触网的主要部分由接触悬挂、支柱、支持装置、定位装置组成。刚性接触网的主要部分由刚性悬挂、汇流排、接触线组成。电客车受电弓受电的部分是接触网中的接触线。
接触网具有无备用特性，因此接触网设备非常重要，一旦发生故障，将引起地铁线路停运，造成较大的经济损失和社会影响。接触网故障通常都是弓网配合出现问题造成的，比如最常见的拉弧现象，是由于受电弓与接触网接触不紧密造成的；碳滑板或接触线磨耗异常，直接原因就是弓网配合出现问题。
2017年4月14日上海地铁9号线因供电故障，调整运行交路，大量乘客被困在车站内，造成较大社会影响。经同行业交流得知，因电客车停在柔性接触网绝缘锚段关节，两个供电臂存在网压差，受电弓与绝缘锚段关节处柔性接触网接触线接触不紧密导致拉弧，熔断接触线，供电线路短路跳闸失电。
二、不同供电臂网压差分析前的数据准备
6号线作为天津地铁第一条接触网供电线路，为了避免同类供电故障的发生，研究接触网不同供电臂之间的电压差，显得尤为迫切。为此，项目部对不同供电臂在不同运营时段的网压情况进行收集，选取规则和数据组成如下：
将两个连续供电臂为一组，根据行车时刻表统计不同时刻供电臂网压差别，分析两相邻供电臂网压差的大小。由于6号线接触网正线仅有800米左右柔性接触网，特将南孙庄至大毕庄的网压进行统计。
（1）南孙庄-大毕庄-徐庄子（含柔性接触网供电臂）。
（2）民权门—新开河—天泰路（刚性接触网）。
（3）宜宾道—一中心医院—迎风道（刚性接触网）。
以上数据共27组，合计108对数据。
三、不同供电臂网压数据整理与计算分析
表1 南孙-大毕-徐庄子网压数据统计
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表2 民权-新开-天泰网压数据统计
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表3 宜宾-一中心-迎风网压数据统计表
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收集两日12个供电臂，12个区间27组网压数据，以下对数据进行处理与分析。
（1）同一供电臂压降分析
表4南-大-徐同一供电臂在不同牵引所直流网压差（压降）
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以上数据整体网压差平均值为53V；
表5民-新-天同一供电臂在不同牵引所直流网压差
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以上数据整体网压差平均值为42.4V
表6宜-一-迎同一供电臂在不同牵引所直流网压差
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以上数据整体网压差平均值为50.5V。
在理想情况下，各个牵引变电所母线输出电压相等，均等于额定牵引电压值，不出现母线电压偏差，牵引变电所为其连接的供电臂供电。变电所之间的供电臂不能过长不能过短，若供电臂过长，则电流在接触网上的压降越大，使得供电臂末端的电压过低造成较大的电能损耗；若供电臂过短，则相同距离所需的变电所数目增加，会使投资过大。通过对同一供电臂网压下降情况进行统计，发现地铁6号线同一供电臂两端电压平均下降50V左右。
（2）绝缘锚段关节相邻供电臂压降分析
表7各牵引所绝缘关节两端供电臂网压差及绝对平均值
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以上绝缘锚段关节相邻供电臂数据整体网压差平均值为7.1V；
表8各牵引所绝缘关节两端供电臂网压差及绝对平均值
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以上数据整体网压差平均值为8.8V，
表9各牵引所绝缘关节两端供电臂网压差及绝对平均值
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以上数据整体网压差平均值为6.5V，
综上可见，绝缘锚段关节两端供电臂网压差在7.5V左右，且柔性区段与刚性区段几乎没有差别。
四、6号线接触网不同供电臂网压差弓网故障风险分析
对于4月14日上海地铁9号线状况，故障发生时，读取同区间2供电臂内的两列车的网压数据分析，两车间网压持续存在约52.82V的压差（最高68.7V）。由于列车恰好停车于绝缘锚段区域，前受电弓与触网非工作支虚接熔断单根触线，列车后续在两次位移过程中前受电弓运行姿态因受单线断线影响出现变化，最终造成断网。
根据以上故障分析可知，上海地铁故障情况属于绝缘锚段关节两端供电臂网压差达到50V以上所致。根据我们的数据统计可知，天津地铁6号线接触网绝缘锚段关节相邻两供电臂网压差为7.5V左右，网压差较小，为上海地铁故障段的1/7。
绝缘锚段关节两供电臂的网压差的存在，导致弓网在绝缘锚段关节处因接触不紧密时有大电流存在，同时结合拉弧产生的高温，最终致接触线熔断，发生断线故障。虽然天津地铁6号线接触网绝缘锚段关节网压差较小，因弓网间电阻小，接触不紧密也会产生大电流或拉弧，长时间接触不紧密仍然会导致接触线受损，甚至熔断。
由于天津地铁6号线正线柔性区段短，不存在柔性绝缘锚段关节，不会出现上海地铁电客车停留在柔性绝缘锚段关节发生断线情况。而若电客车停留在刚性接触网绝缘锚段关节，因刚性接触网没有弹性，受环境影响不大，弓网接触会比柔性紧密，且接触线不会晃动，产生弓网不间断离线的可能性小，且6号线接触网绝缘锚段关节相邻两供电臂网压差为7.5V左右，网压差较小，综上分析，6号线弓网离线因网压差熔断接触线的风险较小。
五、结论
接触网线路的绝缘锚段关节处两个不同供电臂存在或大或小的网压差，若电客车停在绝缘锚段关节处，会存在熔断接触线的风险，尤其是柔性接触网。在日常地铁运行过程中，应避免车辆启停位置在接触网绝缘关节处。地铁运营前，应对线路进行排查，避免在停车频繁的车站站台范围内设置绝缘锚段关节。同时，电客车司机应在指定位置启停，以降低此风险。
参考文献：
【1】接触网可靠性研究[D] 西南交通大学 王晓阳 2011
【2】接触网-受电弓系统受流质量的评价分析[J] 铁道标准设计 刘永红 周军1999
【3】电气化铁道受电弓-接触网系统受流特性研究[D] 西南交通大学 程维 2004