1 項目背景

隨著我國城市規(guī)模的擴大，中心城市和衛(wèi)星城市的組團、融合，使得城市軌道交通線路不斷延伸。目前，在城市中心區(qū)以外，為節(jié)省工程投資，線路以高架

方式敷設已成為一種趨勢，但架空接觸網影響城市景觀的缺陷卻暴露出來。為保護城市景觀，如果高架線路比重較大，其直流牽引供電系統應將接觸軌系統作為優(yōu)選方案。保護城市景觀不應該以整個供電系統技術水平倒退為代價，在 ＤＣ750Ｖ接觸軌系統和 ＤＣ1500Ｖ架空接觸網系統均不能滿足發(fā)展需要的情況下，研究既能保證供電系統技術水平又能兼顧保護城市景觀的 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統就顯得非常必要。

深圳市地鐵 3號線大部分線路為高架線路 （高架線路占全長約 70％ ），保護城市景觀的需求非常迫切。在深圳市地鐵 3號線的總體設計方案中，設計推薦了全線采用 ＤＣ1500Ｖ接觸軌授流方式。由于該技術在國內沒有實際運營的先例，為此深圳市發(fā)展和改革局組織召開了由中國工程院院士和國內知名地鐵專家參加的深圳市地鐵 3號線牽引供電制式評審會，從設計、施工、運營、管理、安全、風險等多個角度，對本線牽引供電系統授流制式進行了細致深入的比較論證。專家組認為，深圳市地鐵 3號線全線采用 ＤＣ1500Ｖ接觸軌供電制式是合理的，同時提出了 “以車輛段人身安全防護為重點，對全線 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統采取切實有效的安全防護技術措施 ”的要求。

通過采用系統保證和風險評估的方法，ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統需對高架及地面區(qū)段的綜合防雷保護、緊急停電按鈕 （ＥＰＢ）控制系統、接觸軌帶電顯示裝置、滑觸線系統、新型材質防護罩、新型接地短路裝置進行**設計和研究。經過方案分析和論證，編制用戶需求書，指導相關產品的設計和研制?以上系統和裝置在工程中得到了成功應用。

2 高架及地面區(qū)段綜合防雷技術

2．1 問題的提出

建筑物、電氣設備和人員在遭到雷擊時，其安全極易受到危害。雷擊過電壓的能量非常強，雷電的放電電流一般為10～40ｋＡ，在極大雷暴時高達430ｋＡ。為保障建筑物、電氣設備和人員的安全，防雷措施必不可少。

目前，國內城市軌道交通在采用架空接觸網供電時，由于全線有一條貫通的架空地線兼作避雷線，可以有效地避免雷電波對軌道交通設施帶來的危害。采用接觸軌供電，一般不會在全線設置避雷線、避雷針等接閃器，高架軌道線路可能處于高頻雷擊區(qū)，其上運行的列車可能遭受雷擊，雷電波沿車體進入走行軌。由于走行軌處于電氣懸浮狀態(tài)，即走行軌與道床之間采取了絕緣措施，當走行軌出現雷電壓時，極可能將走行軌與道床之間的絕緣層擊穿，一方面大大增加了將來走行軌雜散電流的泄漏量，另一方面可能破壞沿線與鋼軌連接的設施，還有可能造成車輛損壞。靠近牽引變電所處的走行軌如果遭到雷擊?雷電波會通過回流電纜引至牽引變電所的負極柜內，造成電氣設備的損壞。因此，設計中應對高架及地面區(qū)段采取綜合防雷措施。

2．2 工程措施

深圳地鐵 3號線接觸軌系統采用了下部接觸授流方式，全線接觸軌均敷設了絕緣防護罩。防護罩從上部、左右側面將接觸軌包裹，從雷電波選擇電路導通的*優(yōu)路徑來看，雷電是不會直接擊中接觸軌的。在設計中，接觸軌通常布置在中間疏散平臺下，鋼制疏散平臺與電纜支架接地扁鋼相連，接地良好；疏散平臺是接觸軌的良好避雷帶，接觸軌處于該避雷帶的保護工作范圍之內。因此，工程僅考慮了在接觸軌上的網點、隧道洞門處的接觸軌上設置避雷器，防止各種可能的過電壓。在設計中，將走行軌防雷作為重點，全線走行軌每隔 300ｍ左右就設置避雷器，防止雷擊車輛或鋼軌帶來的危害。另外，避雷器特性應綜合考慮各相關系統設備絕緣配合需求。

為防止雷電波通過回流電纜引至牽引變電所的負極柜內，造成電氣設備的損壞，高架及地面車站兩端的上、下行鋼軌均設置了避雷器，防止雷電波侵入變電所或車站內帶來的設備損壞或人員傷害；同時，在相應牽引變電所負極柜母排增設避雷器。

3 緊急停電按鈕控制系統

3．1 系統功能

為了在緊急情況下快速切斷接觸軌電源，方便人員疏散和事故處理，正線各車站控制室設置接觸軌供電緊急停電按鈕 （ＥＰＢ）控制系統，車輛段車庫內的電氣化軌道線路每隔一定距離設置緊急停電按鈕。緊急按鈕帶有操作顯示，并有必需的直接輔助觸點，當緊急停電按鈕操作時，使開關跳閘并發(fā)出警報。

ＥＰＢ分閘后，閉鎖相關直流斷路器合閘，直到 ＥＰＢ當地手動復歸后，方可進行直流斷路器的本地／遠程合閘。

3．2 系統構成及原理

正線 ＥＰＢ按鈕設置于 ＩＢＰ盤上，方便運營人員操作及觀察。在有牽引變電所的車站，ＩＢＰ盤上設置緊急分閘按鈕及斷路器狀態(tài)指示燈，緊急分閘功能可通過控制電纜，對本車站牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關發(fā)出跳閘信號，并聯跳對應車站牽引變電所的直流 1500Ｖ饋線開關；在無牽引變電所的車站，ＥＰＢ通過控制電纜接入經過本站的直流斷路器聯跳回路，對本車站兩端的相鄰牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關發(fā)出跳閘信號，聯跳本站兩端相鄰牽引變電所直流 1500Ｖ饋線開關。車輛段緊急分閘按鈕通過控制電纜連至庫內的繼電器控制箱，通過繼電器控制箱進行信號集中中繼、隔離轉換后，輸出直接跳閘信號至車輛段牽引變電所相關直流1500Ｖ饋線斷路器，驅動對應的直流斷路器直接緊急跳閘。

4 接觸軌帶電顯示裝置

為直觀顯示接觸軌的帶電狀態(tài)，方便運營維護人員在軌行區(qū)工作，在正線停車線和折返線道岔區(qū)、車輛段庫內股道旁和檢修庫外中性區(qū)，需設置接觸軌帶電顯示裝置。

接觸軌帶電顯示裝置采用電壓檢測元件來采樣接觸軌電壓，并觸發(fā)狀態(tài)指示燈來顯示相應狀態(tài)，電壓檢測元件考慮了安全降壓及帶熔斷器保護。在帶電顯示裝置面板上，設置了檢測按鈕及紅色、綠色狀態(tài)指示燈（紅色為帶電，綠色為不帶電 ）。

5 ＵＰＶＣ材質防護罩

接觸軌防護罩通常采用玻璃鋼 （ＧＲＰ）材質，具有低煙無鹵、難燃、耐大氣老化、耐酸堿、耐腐蝕、耐熱老化的性能特點，在地下及地面區(qū)段均適用，但價格較高。對深圳地鐵 3號線而言，地面及高架段約 25ｋｍ，雙線線路，研究開發(fā)技術性能好、價格低的新型防護罩是必要的。ＵＰＶＣ材質防護罩適合在線路敞開段使用，價格約為 ＧＲＰ材質的一半。因此，設計和研制出各項技術性能均滿足要求的 ＵＰＶＣ材質防護罩，具有較好的經濟意義。

為滿足在深圳氣候條件下的正常使用年限，研制的 ＵＰＶＣ材質防護罩采取了以下技術措施：· 使用上等樹脂；

· 選用耐候性優(yōu)良的助劑 ＡＣＲ；

· 添加無鉛型穩(wěn)定，增強抵御含硫化合物的腐蝕；

· 選擇合適的光屏蔽劑-金紅石型復合鈦白粉和紫外線吸收劑 ＵＶ531、ＧＷ540的種類與用量；

· 選用灰色，添加適量上等專用炭黑，提高耐光性；

· 使用涂裝涂料。

試驗結果顯示，研制的 ＵＰＶＣ材質防護罩的性能優(yōu)良，適合本工程的應用需求。

6 滑觸線系統

6．1 功能說明

在車輛段設置滑觸線系統的目的，在于讓維修人員能夠安全、有效率地完成日常的列車檢修工作，降低接觸軌授流方式對軌旁工作人員帶來的危險。深圳地鐵3號線橫崗車輛段運用庫2層有10條列檢／檢查線，均不設接觸軌，采用了滑觸線系統。

在運用庫外的咽喉區(qū)，設置長度長于一列車的接觸軌中性段作為發(fā)車區(qū)，其供電分段采用隔離開關，以使其供電獨立于其他軌行區(qū)線路的接觸軌，避免出現接觸軌和滑觸線同時給車輛供電的情況。

在進庫時，列車由發(fā)車區(qū)接觸軌供電，駛入庫內安全位置停下，并切斷負荷，然后打開隔離開關，中斷由接觸軌供電；接上滑觸線系統后，采用滑觸線系統提供的牽引電源，以手動模式慢速開動，直接駛往預定位置停下，其間無需停車或轉換電源接頭。

在離庫時，發(fā)車區(qū)隔離開關打開，列車由滑觸線系統供電，駛至庫前安全位置停下并切斷負荷，然后與滑觸線系統隔離，合上發(fā)車區(qū)隔離開關，再由發(fā)車區(qū)接觸軌供電駛離。

6．2 系統構成

滑觸線系統包括與建筑結構連接的金屬支架及底座、絕緣子、滑觸線導體、絕緣防護罩、滑觸線導體連接線夾、懸掛線夾、電連接線夾、中心錨結裝置、溫度補償連接板、集電器智能小車、終端擋塊、帶電信號燈、直流電纜、與車輛連接的耦合接頭裝置、耦合接頭裝置專用存放箱、配套連接金具、支架接地扁銅、專用工具、必要的測試設備等。

集電器智能小車配備有智能控制單元，配合在靜調柜基礎上研制的滑觸線控制柜，實現滑觸線系統的控制、保護和安全聯鎖功能。

7 接地短路裝置的研發(fā)思路

7．1 功能說明

目前，接觸軌系統的維修接地通常是在接觸軌停電后，在接觸軌端部彎頭預留掛環(huán)上掛接地線。該辦法受限于固定地點，不易操作，且不能在接觸軌帶電的情況下實施。新型接地短路裝置應能在任何地點方便地短接接觸軌與鋼軌 （或地線 ），能夠承受短路電流的沖擊。使用該裝置，能充分保障運營維護人員到軌旁作業(yè)；在緊急情況下，列車司機還可使用放置在軌旁的該裝置，直接短接接觸軌和鋼軌，確保疏散人員的安全。

7．2 研發(fā)思路

新型接觸軌接地短路裝置應由走行軌卡爪 （接地扁鋼卡爪 ）、接觸軌卡爪、連接電纜和絕緣操作手柄組成。操作人員首先將走行軌卡爪與鋼軌連接好，然后操作絕緣手柄將接觸軌卡爪與接觸軌良好接觸，達到接觸軌短路的目的。目前，該裝置處于研發(fā)階段。

8 結語

深圳地鐵 3號線全線 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統的實施，促成了以上幾項**設計與研究成果，進一步完善了 ＤＣ1500Ｖ接觸軌系統的成套技術。這些技術的應用，將為類似軌道交通工程提供參考，并在工程實踐中得到升華與提高。