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电客车带负荷降靴拉弧影响研究

发表时间：2020/10/26 来源：《基层建设》2020年第19期作者：黄辉铭

[导读] 摘要：电客车在静态带负荷的工况下直接降靴容易产生拉弧造成靴轨烧损，为验证电客车带不同负荷工况下降靴的拉弧影响，本文通过对电客车带不同负荷降靴试验进行研究分析，在静态下带空调负荷降靴且降靴存在不同步时，降靴慢的集电靴容易产生拉弧现象，持续时间长将造成接触轨烧伤，影响后续列车正常通行。

        广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510000
        摘要：电客车在静态带负荷的工况下直接降靴容易产生拉弧造成靴轨烧损，为验证电客车带不同负荷工况下降靴的拉弧影响，本文通过对电客车带不同负荷降靴试验进行研究分析，在静态下带空调负荷降靴且降靴存在不同步时，降靴慢的集电靴容易产生拉弧现象，持续时间长将造成接触轨烧伤，影响后续列车正常通行。在日常运营中，电客车在静态下应明确切除空调负载后才能降靴。
        关键字：地铁；集电靴；带负荷降靴；拉弧
        1.概述
        广州地铁14号线和21号线是采用的第三轨供电的方式，供电电压DC1500V，在运营过程中出现过接触轨烧伤情况，经调查为降靴操作过程中降靴前电客车未分主断和空调，带负荷降靴。为验证电客车带不同负荷工况下降靴的拉弧影响，广州地铁特组织电客车带负荷降靴试验。试验共设置了7种工况，其中在开空调、合主断、空压机启动，负荷较大且未切除负荷时模拟降靴不同步会产生持续拉弧并严重烧蚀接触轨。
        2.试验情况

                 图1 试验车集电靴编号示意图
        2.1 各阶段工况下打火拉弧情况

                                                                                 表1 各阶段试验结果对比表
        3.拉弧现象分析
        拉弧是由于绝缘击穿，放电通道的一种放电现象，当电路电压大于10～20V，电流不小于80～100mA时，分开回路便容易产生电弧。电弧的实质是一种气体放电现象，由三部分组成，包括阴极区、阳极区和弧柱区。

                                  图2 电弧组成
        当集电靴刚分离时，突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于两者间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。
        根据电弧的发生机理可知，分断电流越大，电弧的温度越高，弧柱区气体电离程度和热发射作用越强，则电弧燃烧越稳定，且本次试验环境干燥，粉尘较少，也是影响电弧持续燃烧的重要因素。
        4.整改措施
        根据试验结果，在静态下关空调、分主断、空压机不启动时（负荷电流≤15A），降靴，不管降靴是否同步，对靴轨无影响；在静态下关空调时，带主断或空压机负荷时（负荷电流≤ 19A），降靴对靴轨影响较小；静态下在开空调后，负荷电流上浮明显（≥123A），而集电靴的降靴过程是一种复杂的机械、电路和气路的协同控制，难以实现整列车6组集电靴精准同步，当带空调大负荷降靴时，最后离开接触轨的集电靴将被迫向整列车供电，从而造成集电靴大电流，且大电流造成空气电离产生吸力进一步阻碍集电靴下降，导致靴轨间拉弧，对靴轨造成灼伤。
        从试验结果可知，空调负载是列车辅助供电系统产生大电流的主要负载，要避免降靴过程中的拉弧，可从切除负载后再降靴进行整改。
        （1）从人防采取措施：在电客车静态下需要降靴操作时，明确先要切除空调等负载后才能操作降靴，严禁带空调负载直接降靴。
        （2）从机防采取措施：在降靴命令中增加空调负载的监控，在电客车静态下操作降靴时，如检测到空调未关，则系统先执行关空调命令，再执行降靴命令，以防带大负荷降靴引起拉弧。
        5.结束语
        经对研究分析，列车静态下，空调为主要负载产生大电流，带空调负荷降靴且降靴存在不同步时，降靴慢的集电靴容易产生拉弧现象，持续时间长将造成接触轨烧伤，影响列车正常通行。在日常运营中，电客车在静态下应确保切除空调负载后再降靴，以防降靴时产生拉弧现象，保护车载受流设备和接触轨设备，提高设备运行可靠性。
        参考文献：
        [1]中车株洲电力机车有限公司.广州市轨道交通二十一号线车辆采购项目维修手册.株洲电力机车，2018.
        [2]中车株洲电力机车有限公司.广州地铁二十一号线车辆电气原理图.株洲电力机车，2017.
        [3]黄驰.广州地铁5号线列车降靴过程的拉弧分析[J].现代城市轨道交通，2/2015.
        [4]陈启卷.电气设备及系统[M].中国电力出版社，2006-5-1.