引言

接觸軌供電方式因其結(jié)構(gòu)簡單、維護方便而被廣泛應(yīng)用。本文針對廣州地鐵14號線出現(xiàn)的列車經(jīng)過接觸軌斷口處時產(chǎn)生打火拉弧的案例進行分析探討。

廣州地鐵14號線采用快車、普通車運行模式,快車在進入某站臺后,集電靴在離開端部彎頭時出現(xiàn)較為強烈的打火拉弧現(xiàn)象,經(jīng)過觀察,打火現(xiàn)象有以下特點:(1)相較于普通車,快車打火現(xiàn)象更加強烈,普通車打火表現(xiàn)為瞬時閃光:(2)打火集電靴為第一單元車A車集電靴:(3)列車速度較快時,打火現(xiàn)象為閃光,持續(xù)時間極短,接觸軌授流面上留有黃褐色點狀放電痕跡:(4)列車速度較慢時,打火現(xiàn)象為拉弧,接觸軌授流面上留有深褐色線狀放電痕跡。

1列車編組及接觸軌布置

1.1列車編組

本文案例中行進車輛為B型車,集電靴分布如圖1所示。

列車左右三節(jié)車廂分別為一個單元車,單元車內(nèi)6個集電靴連接至同一母排對兩牽引機供電,集電靴工作高度200mm,最大高度276mm。

1.2接觸軌端部彎頭

接觸軌斷口端部彎頭為1:60坡度7.4m高速端部彎頭,末端定位點工作高度292mm,所測斷口長度實際為接觸軌離靴點與始觸點間距離。

2燃弧原因分析

2.1燃弧機理

當開關(guān)電器開斷電路,電壓和電流達到一定值(電路電壓大于10V,電流不小于80mA)時,觸頭剛剛分離后,觸頭之間就會產(chǎn)生強烈的白光,稱為電弧。

集電靴與接觸軌的分離與電器開關(guān)斷開操作是相同的物理過程。靴軌分離后,電弧燃燒過程中,電弧熱場、電磁場以及外界環(huán)境氣流場耦合并相互作用,由于隧道環(huán)境復(fù)雜,靴軌間打火拉弧現(xiàn)象發(fā)生概率與集電靴、列車行走速度、靴軌間接觸狀態(tài)等有較大關(guān)系。

2.2失電區(qū)所致單元車車電流分斷

結(jié)合實測接觸軌錨段及斷口長度,使用等比例列車模型(1:400)對列車進站過程進行模擬,當列車集電靴離開Y03錨時,靴軌位置如圖2所示。

當A1靴離開Y03錨時,B1、C1靴已懸空,列車第一單元瞬間失電,A1靴處斷開第一單元車所有電流。此時靴軌分離實際是分斷大電流的過程,滿足燃弧條件。失電區(qū)長度約為:(32.58＋19.98)-(21.54+12.23+14.32)=4.47m。即列車行進4.47m后,C1靴接觸Y02錨,第一單元重新得電。

3燃弧現(xiàn)象分析

針對案例中列車打火拉弧的特點,讀取了多趟列車數(shù)據(jù)進行對比分析,得到列車經(jīng)過接觸軌斷口時電壓、電流數(shù)據(jù)。

3.1靴軌拉弧現(xiàn)象分析

通過讀取005/006次列車(拉弧現(xiàn)象)數(shù)據(jù)可知,A1集電靴離開Y03錨時,列車正處于加速狀態(tài),單元車取流約為600A,列車行進速度約為5m/s,車載網(wǎng)壓數(shù)據(jù)下降持續(xù)時間約為1000ms,網(wǎng)壓下降后電流持續(xù)時間約為300ms,設(shè)L1為數(shù)據(jù)異常時間內(nèi)列車通過的距離,L2為打火拉弧持續(xù)時間列車通過的距離,則有:

L1與實測單元失電區(qū)長度基本一致,L2與A1靴在Y03錨端部彎頭拉弧長度(即離靴點至末端)基本一致。

3.2靴軌無打火現(xiàn)象分析

通過讀取031/032次列車(無打火現(xiàn)象)數(shù)據(jù)可知,A1集電靴離開Y03錨時,列車正處于勻速狀態(tài),單元車取流約為40A,列車行進速度約為6.3m/s,車載網(wǎng)壓數(shù)據(jù)下降持續(xù)時間約為

800ms,網(wǎng)壓下降后無電流持續(xù),則有:

L1與實測單元失電區(qū)長度基本一致,網(wǎng)壓下降后無持續(xù)電流,與無打火現(xiàn)象表現(xiàn)一致。

3.3靴軌打火閃光現(xiàn)象分析

通過讀取021/022次列車(打火閃光現(xiàn)象)數(shù)據(jù)可知,A1集電靴離開Y03錨時,列車正處于制動狀態(tài),此時列車向接觸軌饋能,電流從列車流向接觸軌,故列車經(jīng)過失電區(qū)時,電流下降,電壓稍有上升。該過程持續(xù)時間約為300ms,列車時速為14.5m/s,則有:

L1與實測單元失電區(qū)長度基本一致,由于車速較快,在靴軌分離速度及隧道風等因素影響下,打火現(xiàn)象表現(xiàn)為瞬時閃光。

4結(jié)論

由上述案例分析可得:

(1)靴軌分離時出現(xiàn)的打火拉弧現(xiàn)象根本原因為列車單元失電致使單靴分斷大電流所造成的:

(2)列車電流變化與列車加速度大小有直接關(guān)系,加速度較大時,列車取流、饋流較大,通常達100~700A,A1靴離靴時容易產(chǎn)生打火、拉弧現(xiàn)象:

(3)當列車勻速通過失電區(qū)時,單元車取流較小,通常為幾十安,A1靴離靴時不易產(chǎn)生打火、拉弧現(xiàn)象:

(4)當列車速度較快時,所產(chǎn)生電弧容易熄滅。

5改善及抑制措施

由燃弧機理可以知道,此類電弧的產(chǎn)生是因"電流分斷"所致,故在改善及抑制打火措施上主要從以下兩方面入手。

(1)減小分斷電流。通過對列車數(shù)據(jù)進行分析可知,列車加速度越大,取流(饋流)越大,在不改變接觸軌布置方式的前提下,可通過控制列車加減速達到減小分斷電流的效果。也就是使列車以較高且勻速的狀態(tài)通過。

(2)避免電流分斷。避免電流分斷的主要措施是改變接觸軌的布置方式,如上述案例中,可通過延長Y04錨長度的方式來實現(xiàn)。