跨座式單軌接觸網的電氣性能和供電功能

1跨座式單軌接觸網單軌交通是一種不同于傳統的城市交通方式的新城市交通方式。車輛依靠充有偏性的橡膠輪胎在梁上行駛，并在梁下兩側發揮導向和穩定的作用。跨座式單軌交通系統建設成本低,占用城市空間小,景觀效果獨特。跨座式單軌接觸網具有安全可靠、維修工作量少、運營維護成本較低等優越性,在國外,尤其在日本得到了廣泛的應用,顯示了強大的生命力。跨座式單軌接觸網采用軌道梁側面剛性接觸懸掛方式,電壓等級為DC1500V,接觸懸掛位于軌道梁側面中部并被車體完全包絡,見圖1。跨座式單軌接觸網與其它形式的接觸網一樣,是無備用供電設施,必須保證其良好的性能和弓網關系。由于接觸網完全被車體所包絡,接觸網的安裝空間很小,既要滿足絕緣距離的要求,又要滿足車輛限界的要求,對設備制造精度、安裝精度要求很高。2弓網均勻磨耗問題(1)滿足傳輸電能的功能要求。接觸網除完成不間斷向列車供電的功能外,還承擔著傳輸電能的功能。作為跨座式單軌接觸網傳輸電能的主要部件——匯流排,要具備良好的電氣性能,達到減少電能損耗和接觸網壓降的要求。但受到建筑和車輛限界的限制,匯流排截面不可能做得很大,這就對匯流排材料和截面的選擇、制造誤差提出了很高的要求。(2)滿足良好弓網關系要求。控制受電弓離線率以及實現受電弓滑板與接觸線的均勻磨耗,是滿足良好弓網關系要求的關鍵因素。在跨座式單軌軌道交通中,由于受電弓和接觸網完全被車體包絡,空間狹小,受電弓行程短,受電弓跟隨性較差,這就對影響接觸網離線率的因素提出了更高的要求;另外,跨座式單軌受電弓滑板與接觸線的接觸范圍小,只有120mm,這就對接觸網采用相應布置方法以解決弓網均勻磨耗,延長受電弓滑板和接觸線的壽命提出更高的要求。(3)適應氣候的功能。接觸網是無備用的室外供電設施,必須適應由于溫度變化及通過電流時引起的匯流排、接觸線伸縮。(4)電氣分段的功能。跨座式單軌接觸網在電氣分段上與傳統鋼輪鋼軌模式有2個截然不同的地方:一是設置專門的負極回流接觸網(回流軌);二是道岔處接觸網隨道岔梁一起雙向轉動。這就要求在牽引變電所附近饋線上網處正負極同時設置電分段,道岔開口處利用分段絕緣器實現局部無電區。(5)可靠性、安全性要求。由于跨座式單軌交通具有適應坡度大、轉彎半徑小的特點,所以大部分線路走向隨城市道路走向、坡度而設,靠建在城市道路中間綠化帶上單體橋墩作為軌道梁支撐結構,結構空間通透。接觸網的故障,不僅影響運營,而且任何故障所導致的空中墜物將對行人和車輛形成安全威脅。與地鐵及高架輕軌相比,對接觸網的可靠性、安全性提出了更高的要求。3通接觸網受流模式跨座式單軌接觸網受流模式不同于傳統輪軌交通所采用的第三軌或架空接觸網模式,是一種全新的城市軌道交通接觸網受流模式,除正極受流接觸網外,設置專門的負極回流接觸網(回流軌),電流經車輛負極受電弓再經回流軌回流,負極接觸網結構與正極相同。接觸網位于軌道梁側面中部并被車體完全包絡,平行軌道梁中心線方向呈“之”字形布置,接觸受流面相對軌道梁側面向外,受電弓相對軌道梁側面向內與接觸網接觸線摩擦受流。4結構組成跨座式單軌接觸網主要功能性組成包括伸縮單元、典型支持結構、錨段關節、中心錨結、供電分段、道岔等。4.1單元設置方法根據當地氣候特點及載流量要求,結合跨座式單軌接觸網的特點,設置實現接觸網溫度補償的伸縮單元,包括伸縮單元的布置、最大允許長度和最小允許長度、錨段關節的結構、中心錨結和關節電連接的設置方法以及使匯流排在每個支持點處可自由滑動的結構措施等。伸縮單元平行軌道梁中心線方向呈“之”字形布置,伸縮單元長度一般為70～150m,接觸網拉出值距中心位置為±60mm,圖2為伸縮單元布置方法示意圖。伸縮單元兩端設置溫度補償單元——錨段關節,實現對匯流排由于溫度變化引起的伸縮的補償。圖3為典型錨段關節斷面。伸縮單元中部設置中心錨結,防止接觸網向一側滑動,并使匯流排在每個支持點處自由滑動。圖4為中心錨結正視圖。4.2采空車間接觸網典型斷面設計接觸網典型支持結構包括支持絕緣子、T型匯流排、接觸線固定線夾和接觸線等。圖5為跨座式單軌接觸網基本安裝模式。匯流排截面形狀為T型,材質為鋁合金,匯流排具備良好的電氣性能,并滿足建筑和車輛限界和載流量要求。圖6為匯流排典型斷面。接觸線采用梯形截面的硬銅接觸線,有效延長受電弓滑板和接觸線的壽命,接觸線表面鍍錫,有效解決異金屬之間的電腐蝕問題。圖7為接觸線斷面。支持絕緣子是跨座式單軌接觸網專用絕緣子,除實現絕緣和支持功能外,接觸網拉出值也是通過絕緣子軸向轉動使用絕緣子下金具不同孔位安裝在軌道梁上實現的,是接觸網控制誤差、實現接觸網呈“之”字形布置、使受電弓滑板均勻摩擦、保持良好弓網關系的重要部件。這是不同于其它形式接觸網的極為特殊的地方。圖8為支持絕緣子。匯流排支持絕緣子本體為瓷,金屬附件使用鑄造碳鋼制造。4.3高效分段保證跨座式單軌接觸網采用分段絕緣器實現分段。根據跨座式單軌動車組特點,采用不帶消弧角的專用分段絕緣器,使用高強度聚合材料。圖9為跨座式單軌接觸網分段絕緣器。5保障內容參數確定(1)跨座式單軌接觸網接觸、載流部件通過支持絕緣子直接固定在軌道梁上,因此,絕緣子支持間距是影響受流質量的主要因素。絕緣子支持間距的確定是跨座式單軌接觸網設計中的基本技術問題。絕緣子支持間距L是指支持匯流排的兩相鄰絕緣子中心線之間的距離,見圖10。在匯流排的材料、截面和形狀已確定的情況下,絕緣子支持間距是影響受流質量的關鍵因素,絕緣子支持間距需要嚴格計算確定,太大或太小都將使受流質量下降。絕緣子支持間距最大值一般采用3.0m,最小值一般采用2.0m,根據具體情況計算確定。(2)在電分段、錨段關節、道岔關節等處嚴格控制安裝誤差。(1)載流截面大,適合城市軌道交通低電壓、大電流的弓網受流要求。(2)安裝裝配結構簡單,接觸線、匯流排無軸向張力,安全、可靠性高,運營維護方便。(3)無論日常維護,還是事故搶險,跨座式單軌接觸網工作量較少。(4)接觸網系統熱滑試驗表明,接觸網離線率低,硬點少。重慶單軌(較-新線)一期工程于2004年6月28日開通試運行,跨座