韩承斐
天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司，天津，300450
摘要
电客车高压回路部分短路可能引发线路区间供电故障。为减少对线路正常运营带来的中断影响，回退切除相应的电客车受流器，则可将列车短路回路从区间供电回路中隔离，便于快速恢复正线运营秩序。故障电客车受流器保持切除位运行相对而言为非常态，须考虑可行的防护措施。
关键词
受流器、切除、限界。
概述
城市轨道交通行业处于蓬勃发展阶段，各种前期未曾预想的问题接踵而来。对于接触轨供电制式的地铁线路而言，在预测处理因列车高压回路部分短路引发的区间供电故障时，相比接触网供电制式，现场的处理、行车的安排均有很大的难度提升。按照“先通后复”处理原则尽量减少对线路正常运营带来的中断影响，此时受流器如具备回退切除功能，则可将列车短路回路从区间供电回路中隔离，便于快速恢复正线运营秩序。本文讨论这种操作对隔离列车后续运行带来的影响以及防护措施。
一、授流方式
受流器分为上磨式、下磨式和侧磨式三种，它安装在车辆转向架的两侧，与运行轨道旁边的第三轨连接，并向整列车辆提供电力。
城轨车辆受流器受流臂的升降控制方式，一般分为手动升降式和气动升降式两种。电客车受流器气动升降功能，是指在司机室内可以集中控制全列车受流器的同步升降，使之能够接触或脱离接触轨。采用机械式受流器的升降由绝缘扳手控制。受流器具有回位和锁定功能，锁定功能是为了保证有缺陷的受流器与三轨脱离后，能够使整个车辆完成一次往返运行。
1、手动升降式受流器的基本结构及特点
手动升降式受流器主要由碳滑板、受流臂、启复装置、扭簧等部件组成（因生产厂商不同，结构会略有不同）。
其主要特点是结构简单、故障率低、维护成本较低。但故障情况下只能利用绝缘杆手动操作受流器的启复装置升降靴，效率较为低下。
2、气动升降式受流器的基本结构及特点
气动升降式受流器一般通过安装在受流器上的气缸实现受流臂的升降，同时带有绝缘手柄的手动操作两种方式。主要由气缸、碳滑板、受流臂、从动拨杆、扭簧等部件组成。其主要原理是司机手动操作司机室内的控制开关，控制电磁阀，进而控制气缸的进排气，气缸带动拉杆实现受流臂的升降操作因生产厂商不同，结构会略有不同。
其主要特点是结构相对复杂，增加了部分维护工作量和成本。但利用气动装置可以方便、快捷地进行升降靴，在故障处理时大大提高操作效率，而且在气动装置失效后，还可以手动操作升降靴，有足够的冗余。
另外，接触轨供电又分为上部授流、下部授流。由于在上部授流形式中，留给受流器回退切除的外部尺寸空间充足，受流器切除位时碳滑板、受流臂与轨旁设备、接触轨的间距充足，且本身处于车辆限界以内，不会带来多余的影响，因此本文仅对下部授流接触轨线路进行分析。
二、存在问题
鉴于目前相关的技术规范中暂未有确切直观的规定，各方对受流器处于切除位时带电状态与轨旁设备、接触轨之间应保持间距要求的理解不一。
考虑到首先需要保证处于切除位的受流器碳滑块（带电状态时）与上部的接触轨满足DC1500V的电气绝缘安全距离，其次车辆在运行中受流器受流臂还会存在一定的摆幅，进一步造成间距减小。如出现导通放电，区间供电将再次因短路而中断。
所以有专业人士提出“处于切除位的集电靴绝缘距离必须满足100mm的动态绝缘距离”要求。但实际受空间尺寸限制，该要求实施中可能存在困难。
另外，列车具有可顺利通过断电区、受流器冗余配置等特点，受流器一般设计为整车并联。受流器的机械回退功能并未对相连的电路进行切除，所以只要整车（或所属高压回路单元）还存在正常受流的受流器，单纯机械回退切除的受流器仍然带有高压直流电。考虑到运动摆幅，处于切除位受流器的碳滑块与下部的设备限界间距也必须得到保证。
三、理论分析
以上提出的问题十分重要，不加以考虑的话可能会造成供电中断故障复发，进一步延长线路运营中断时长，另外短路瞬间也有可能会对车辆或其它轨旁设备、供电设备造成电气冲击损害。
鉴于上述问题与分析，以某地铁线路DC1500V接触轨供电线路为例，对受流器回退工况下对上、下部的间隙进行分析。
参考TB/T3251.1-2010《轨道交通绝缘配合 第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离》，外部条件以空气为绝缘介质，选取污染最高等级PD4、过电压最高等级OV4，电气绝缘角度要求须满足32mm电气间隙。切除状态时受流器极限尺寸分别为碳滑板的最高点、最低点。
a、与上部接触轨的间隙
碳滑板在正常工作位置与切除位（脱靴）位置高度差51mm，可以满足电气间隙的要求。
b、与下部走行轨、轨旁设备的间隙
从限界图中的下部受电非工作状态车辆限界坐标和下部受电受流器非工作状态轮廓线坐标得出，碳滑板最低点与设备限界、走行轨的间隙远大于32mm。
通过对上下部空间的分析，受流器处于切除位时均可满足电气绝缘要求，并具备运动摆幅的预留空间。
因此理论上，处于切除位的带电受流器绝缘距离无须满足100mm的动态绝缘距离，从电气间隙、空间距离角度而言，切除位受流器与接触轨的间距可以满足车辆保持脱靴状态继续运行。预留的部件运动空间是充足的，且都满足车辆限界的要求，不会出现部件接触干涉的情况。受流器本身设计形式以及其和接触轨之间的相对关系，决定了切除后不能具备很大的间隙尺寸，尽管如此，这个间隙值也是可以满足电气间隙要求。同时，受流器不与车辆外部设备接触，无爬电距离核算要求。
四、进一步的防护措施
考虑到车辆运行状况复杂，尤其是车辆本身已存在短路故障时，如果切除的受流器仍然带有高压电，仍存在一定的风险。鉴于上文分析，为进一步提高受流器保持切除位运行的安全性，有必要在设计阶段加入防护措施，应对各种情况，提高可靠度。
比如，在整车电路设计中加入受流器隔离功能，使切除的受流器从整车供电回路中隔离，更加保险。在这里可以介绍两种方案，以供参考。列车高压供电如分为两个对称单元，则可在高压串联母线的对应部位设置单向二极管，满足本单元受流器切除后，本端辅助系统得电的同时保证已切除受流器不带电；如列车高压供电为一个整体，则可在对应部位设置母线高断箱，必要时起到分隔单元作用。
另外，如列车未设置气动升降受流器功能，则要求运营公司必须明确规定，在接触轨已确认断电的前提下，司乘或其他作业人员方可手动操作受流器。
五、结束语
本文简析集电靴保持切除位运行影响，目的为保证列车可在满足自身安全性的前提下，具备尽快恢复线路运营秩序的能力。后续电客车的设计思路应从这件事上吸取经验，参与设计的人员要多多从地铁运营的角度出发，贴近现场，了解现场正常运营之外突发的情况，使列车具备能力应对不如意事件；参与运营的人员更应该收集行业经验，随时准备把实践转化为理论。
参考文献
〔1〕《城市轨道交通车辆技术与维护》.成都：西南交通大学出版社，109-110
〔2〕TB/T3251.1-2010《轨道交通绝缘配合 第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离》