（广州地铁集团有限公司）
摘要：接触轨的一般设置原则是尽可能地连续铺设，减少断轨，但出于安全和功能上的需求，接触轨需要在以下几种条件下设置断轨：在电分段处，道岔处，隧道紧急疏散联络通道处，人防门处，人行通道处和停车库内人行便道处。由于接触轨断口的存在，会对车辆的连续可靠受流产生影响，尤其在电分段断口、道岔断口和连续断口处。随着社会经济的快速发展及城市化的大力推进，地下交通快速发展。按照供电系统的要求接触轨需设有电分段，本文主要介绍了城市轨道交通接触轨供电分段方式，并结合实际提出了相关建议。
关键词：城市轨道交通；接触轨；电分段
随着经济社会的快速发展及城市化的大力推进，传统交通已满足不了人们的需求，地下交通实时出现，并得到快速发展。接触轨受流方式是最早的城市轨道交通牵引网受流方式，主要采用和走行轨相类似或相同的钢轨条作为正极供电轨向地铁车辆提供牵引与动力电能。[1]接触轨的一般设置原则是尽可能地连续铺设，减少断轨，但出于安全和功能上的需求，接触轨需要在以下几种条件下设置断轨：在电分段处，道岔处，隧道紧急疏散联络通道处，人防门处，人行通道处和停车库内人行便道处。由于接触轨断口的存在，会对车辆的连续可靠受流产生影响，尤其在电分段断口、道岔断口和连续断口处。下面介绍城市轨道交通接触轨的电分段方式及存在的一些问题，并提出相应建议。
1、城市轨道交通接触轨供电分段方式
出于缩小事故范围、提高继电保护的可靠性和便于分段检修等方面的考虑，接触轨在牵引变电所的出口处均需要设有电分段。接触轨电分段在断口的设置上一般有3种设置方式：小断口分段方式、大断口分段方式和短接触轨分段方式[2]。
1） 小断口分段方式
小断口分段方式，一般断口长度需满足D＜L2＜L1。小断口分段形式的断口长度一般大于接触轨由于温度升高而产生的伸长量及接触轨带电体的安全距离要求，且小于1 节动车上前后两套集电靴之间的距离，目前青岛地铁2、3 号线及深圳地铁3 号线小断口电分段处采用的断口长度一般为2 ～ 3 m。当车辆通过该电分段时，机车能连续取流，集电靴通过车辆上的直流母线将两侧的供电臂相连，当出现短路故障时，则短路电流将通过集电靴和母线，对牵引所直流保护灵敏度及车辆上的集电靴产生不利影响，同时会扩大事故范围。
大断口分段方式
一般断口长度大于整车集电靴之间的距离，但小于相邻两动车相同位置上的集电靴之间的距离，如广州地铁现在采用的传统方式为14 m断口。相邻两动车之间的直流母线在电气上不连接，当车辆通过该电分段时，机车取流是不连续的，会造成机车的临时失电，特别是对车辆上的辅助供电机组SIV产生不利影响，这样一方面大大减少了SIV机组的使用寿命，同时也不利于再生能量向接触轨上的回馈，另一方面会使车辆上的照明和空调等动力照明系统临时断电。为解决失电问题，目前广州地铁新购置的车辆以及广州地铁2、3号线全部采用了整列编组直流母线贯通的方式。与小断口方式不同的是，虽然车辆的整列编组直流母线贯通了，但贯通方式是通过BHB断路器方式连接的，当车辆运行速度超过5 km/h时，断路器处于合闸状态，能够满足车辆的连续取流要求；当车辆运行速度低于5 km/h时，断路器断开，能够起到解决车辆误闯连电的问题，但如何较好地控制车速对车辆驾驶员、调度等也提出了较高的要求。此外，为避开BHB开关低速断开的副作用，采用14 m断口时，应将其布置在车速高于5 km/h的运行区，避免发生车辆在正常进入车站站区时出现瞬时失电的情况。
3）短接触轨的分段方式
为更好地解决失电和连电的问题，国内外一些地铁在接触轨的应用中采取了在断口处加设短接触轨的方案，接触轨的大断口长度大于整车集电靴相隔最远的距离，而小断口则小于车辆相邻集电靴间最小的距离。
该方式是在加长断口的基础上，增加1根短接触轨，短接触轨和车站侧的供电臂通过电动隔离开关或接触器相连，其中大断口D值大于整车前后集电靴最远的距离，小断口d1值小于相邻集电靴最小距离l2。在正常情况下，机车过分段是连续取流的，没有失电现象；当车辆前进方向的前方供电臂接地时，断路器和隔离开关同时断开，将断口距离加长，中间的短接触轨形成中性区，机车不会将接地侧与带电侧相连，避免误闯的事故发生；即便车辆停在电分段大断口中，合上隔离开关后机车便能正常运行。但如果车辆通过该断口时突然发生短路故障，该断口的设置方式也无法解决将两侧供电臂相连的问题。
2、接触轨电分段的主要形式
由于接触轨的电气分段、机械分段均通过接触轨断口实现，就存在影响车辆连续可靠受流的问题，需要对所采用的分段方式进行择优选用，目前接触轨电分段主要有小断口、大断口和短接触轨等 3种形式。小断口方式的断轨处断口长度小于列车的 1个动车 2个集电靴间的距离，列车通过分段时能够连续取流、不出现失电问题；当出现短路故障时则会出现短路电流通过集电靴和母线，对牵引所的直流保护灵敏度和集电靴产生不利影响。
大断口方式的断轨处断口长度大于列车的 1个动车 2个集电靴间的距离，但小于相邻两动车相同位置上的集电靴间的距离。由于相邻两动车间高压电气不相连，车辆通过分段时车辆取流不连续，造成临时失电，同时产生车辆的照明和空调临时失电，旅客乘坐会产生不舒适感。
目前部分新型车辆整列编组直流母线高压电气贯通，基本解决了上述问题。由于机车在通过电分段处的失电和故障时连接的矛盾，可采用在断口处加设短段接触轨方案（俗称短三轨）。接触轨大断口长度大于整列车集电靴间相隔最大距离，而小断口则小于车辆相邻集电靴间的最小距离。该方案是在加大断口的基础上通过增加 1根短接触轨实现的，短接触轨通过隔离开关或接触器与车站的供电臂连接，正常情况下列车通过电分段处的取流连续、无失电问题。短接触轨方案的技术优势明显，增加投资不大，建议优先选择。
当正线采用接触轨形式，而车辆段或与之贯通的其他线路采用架空接触网方式时，就出现了二者切换的问题。切换方式主要有停车切换和不停车切换两种，具体采用哪种方式应以车辆供货商的技术要求为主。接触网工程一般是建立一段接触轨和架空接触网并存的过渡段，通过控制受电弓和集电靴的升降实现受流方式的转换。不停车切换可实现机车不失电，但控制程序复杂，停车切换操作简单、但机车短时失电。两种类型接触悬挂电气互相切换必须遵循等电位的技术要求。
正线从接触轨电分段上看，3种方式均能在该工程中采用，实现接触轨的检修和直流系统继电保护配合。相比较而言，短三轨方案具有稍强的技术优势，虽无法解决概率非常低的车辆通过断口时的突发短路故障，但还是能够解决一侧接地检修时的闯电问题。因此建议在具体实施过程中采用短接触轨的电分段方式，同时短三轨的布置需要结合车辆编组和集电靴分布以及车辆直流电气的布置情况和BHB开关的设置原则等因素来具体确定。
3、接地线设置分析
（1）设置接地线的作用与意义
在地铁供电系统中，接地线设置具有多方面的意义，首先即是安全防护作用。接地线是接触轨最为直接、有效的防护方式之一。其次，接地线还有利于实现杂散电流对其周边结构的影响性的降低。就实际经验来看，地铁中的供电跳闸现象多是由于雷电导致，与系统中的绝缘子泄漏因素并无太多关联。
（2）DC1500V接触轨接地线设置分析
在地铁系统中，正线上常设置接地线，将其安装于整体的道床上，增大了杂散电流的排流截面，提高了地铁供电系统的安全性。但这并不代表接地线设置在地铁系统中均是合理的。就接触轨本身来说，其绝缘性能的高低将直接影响其安全性，这即是说，提高接触轨绝缘等级将是从根本上提高接触轨安全性的方法。结合接地线设置来看，从经济性来说，接地线的设置直接增加了接触轨的建设成本；从技术角度说，接地线将泄漏的绝缘子通过接地线导入至需要进行安全防护的区域，提高了区域的安全性风险。因此，结合以上分析可知，在地铁系统中，接地线的设置区域应考虑正线，而在车辆段应当避免设置接地线，以免出现安全性事故。
4、实际应用中存在的问题及相关建议
1）三种电分段形式在满足车辆提供持续可靠的电流能力上是相同的，在解决故障状况下的不同供电臂连电与瞬间失电现象上略有不同，短三轨是对小断口设置方式在解决连电问题上的弥补，但造成电分段设置形式复杂，安装难度与工程投资都大的问题; 大断口运行方式从广州地铁运行以来一直采用，在解决车辆高压母线贯通设置和适应速度后，失电问题得以解决，这也是大断口设置方式应用广泛的主要原因。从车辆运行的实际经验上，3 种方式对彻底解决某一供电臂故障状态下的连电问题上，只是影响程度的差异大小问题，都不能从根本上杜绝由电分段设置来解决故障影响范围的问题，这一点和架空接触网电分段的设置目的与影响程度是相似的，区别在安全性的影响程度有所不同。
2）由于接触轨安装在轨道旁，因此接触轨的停送电范围与轨道的维护分区、车辆的出行和维护检修息息相关。停车场、车辆段内，由于日常的各类检修作业较多，因此车场的接触轨供电分区设置需要在保证供电可靠性和安全性的条件下紧密结合运营各部门的实际作业情况统筹考虑。为在各个分区检修时，不影响其他分区的车辆出入，出入线宜单独分区，如果车场牵引变电所还通过出入线和正线衔接处的隔离开关与正线相互支援供电，从直流系统保护和减少故障影响范围考虑，应将出入线按入段线和出段线分区。接触轨分区对应上述各种不同功能和线路分区进行划分是必要的，但由于各种资源的限制，每个供电分区均在变电所配备断路器是不现实的，投资成本也会过大，比较恰当的方式是先结合功能划分和作业方式，在牵引变电所内按照各不同区域的功能类似特征，分配出规模稍大的分区，然后各分区通过接触轨隔离开关柜向各子分区进行供电，为保证供电的可靠性，各分区之间需为供电回路设置备用联络开关。
3）为避免正线车辆在入段时，误闯入停电接地接触轨分区，因此宜在入段线处设置隔离中性段，隔离中性段的长度大于整列车长，隔离中性段通过开关与车场内的相邻供电分区相连。在车场供电分段断开时，该开关同时断开，使该段接触轨成为车场与正线之间的电气缓冲区段，在正常运行时，该开关处于合闸状态，车辆能够在不间断供电状态下安全通过该隔离中性段。同样如果考虑出段线有反向行车的需要，也可以采用同样的方式进行设置。一般多数库内接触轨的电源是从库外本股道串联接入的，因此当库外或库内前端需要停电检修时，往往整个股道就不能进行其他带电操作，这样就有可能降低车场的使用效率，为此，在库内与库外、库内两停车位之间也应当由原来的串联供电方式改为并联供电方式，提高车场的使用效率。
参考文献
[1] 胡懿洲.建立城轨交通接触网评价体系的探讨[J].中国铁路，2019( 11) .
[2] 战克强.城市轨道交通接触轨供电分段方式的探讨[J].电气化铁道，2019(5).