大连机车车辆有限公司
摘要：地面接触间歇式供电技术是专门针对城市轨道交通设计的无架空接触网式的地面安全供电系统，具有良好的社会经济效益，在中国有轨电车市场背景下，地面接触间歇式供电系统技术必将具有良好的发展机遇。我国还没有完整的适合现代有轨电车系统的技术规范，难以指导我国现代有轨电车的开发和建设。地面接触间歇式供电技术很特殊，与以往地铁车辆有很大不同，需要加大研究力度，加快城轨车辆中有轨电车技术平台的发展，增强市场竞争力。供电模块技术作为地面接触间歇式供电系统的核心部分，全盘影响着地面接触间歇式供电系统的正常运行，本文将对供电模块进一步研究并进行优化分析。
关键词：地面接触间歇式供电技术；供电模块
前言
地面接触间歇式供电系统在城市轨道交通中具有特殊的地位和作用，它能够提升城市形象，反映城市现代化水平，是城市大众化的交通工具，兼具安全、经济、便民、实惠，且运能大、安全舒适、节能省地、减排高效等特点，对城市未来的发展规划具有极大的促进作用。供电模块是地面接触间歇式供电电车的直接取电方式，供电模块的运行状况直接决定着整个地面接触间歇式供电系统的运行状况，地面接触间歇式供电系统供电模块研究及优化可以有效提升系统运行的可靠性和安全性，提高地面接触间歇式供电系统的市场竞争力。
1地面接触间歇式供电系统简介
地面接触间歇式供电系统（见图1.1）是一种无接触网供电系统，用于给有轨电车提供电能。供电模块（见图1.2）是地面供电系统中最重要的设备，通过电缆与变电所供电直流柜连接，直接用于给有轨电车供电，标准规格有5m和3m两种。在模块表面的正极钢板连接到模块内部的铜母线，模块正极钢板与内部支架上的“C”型接触板（极性可变的接触板，其正负极性由柔性接触带的位置来决定）由螺钉连接导通，使得供电模块正极钢板极性与“C”型接触板极性一致。
当车辆经过时，司机在司机室操纵车载集电靴通过本身的液压系统降下，当集电靴正、负极电刷分别与供电模块正极钢板、及左右两侧负极钢板接触时，由于集电靴本身带有磁性，模块内部柔性带被集电靴吸到顶端使正极电缆与供电模块正极钢板导通使正极钢板带正电，此时供电回路导通使车辆带电。当无车辆过去以后，模块内部柔性带通过重力自由下落与安全负极接触恢复正常状态，回路断开从而确保无车辆运行时正极钢板不带电，以保证对车辆和行人的安全性。每个模块两端有气压平衡接头，相邻两个模块之间通过一个连接桥组件连接以保证电气连接及机械传动的连续性。
1.2供电模块示意图
2地面接触间歇式供电系统模块研究优化方案
根据现场供电模块使用情况，本文将对模块各个部分分别进行分析并研究，并提出相应的优化设计方案。
2.1导电板改进方案
2.1.1方案内容及措施
取消原端部导电板的端部绝缘，将头端导电板与左二连续导电板焊接一体。如下图，将头尾端连续导电板与左二连续导电板焊接，安装至原来基座中。
图2.2头端加长导电板示意图
2.2.2改进效果
①通过端部绝缘后，导致集电靴中心在桥接块中间时，两条模块均不通电。
②头端与左二焊接为一体，加强端部供电连续性。
.png)
图2.3集电靴验证图
2.2安全负极改进方案
2.2.1方案内容及措施
安全负极电垫高：安全负极位置在增加一片安全负极，将纵梁垫高，如下图
.png)
图2.4安全负极改进示意图
2.2.2改进效果
同一个位置，垫高后，减少纵梁上抬距离，使铜片与铜条和连续导电板接触提前接触，确保铜片（特别是模块头尾端）接触稳定，再供电。
.png)
图2.5纵梁示意图
2.3弹性铜片改进方案
2.3.1方案内容及措施
头尾端第1、2片铜片后移，第3、4片铜片前移。头尾端、及左二安全负极合并为中间一块。
.png)
图2.6 弹性铜片改进方案模拟示意图
2.3.2改进效果
弹性铜片后移避开两条模块头尾端刚性连接抖动问题，安全负极合并取加长焊接连续导电板中间位置，避免过集电靴过桥接快预抬不足导致短路风险。
2.4端部改进方案
2.4.1方案内容及措施
将模块端盖ABS塑料材质改为DMC材质，DMC材质户外抗老化、抗电弧、阻燃和机械强度等性能较强。同时在行车方向，将块头尾端第一块钢板与桥接块连接。
.png)
图2.7 钢板与桥接块连接模拟示意图
2.4.2 改进效果
改进后，能够增加模块端部使用寿命和集电靴过桥接块时的供电连续性，。
3地面接触间歇式供电系统研究优化方案验证
3.1导电板改进方案验证
通过焊接头端和左二连续导电板后，集电靴通过两条模块连接处时，供电连续，不失压。
.png)
图3.1电压波形图
3.2安全负极改进方案验证
在没垫高前，集电靴通过模块头尾端时，偶尔会出现铜片供电不足电压波动情况；在垫高后，集电靴通过模块头尾端时，测试30次左右，均未出现之前出现供的电压波动情况。
图3.3垫高后电压波形图
3.3弹性铜片改进方案验证
通过观察弹性铜片移动前和移动后的波形，发现移动前波形接触和离开时会有明显抖动，铜片移动后波形抖动明显减少。
图3.5弹性铜片移动后波形图
3.4 端部改进方案验证
红色为集电靴电压，绿色为模块头端钢板电压。通过改进方案连接钢板后，改进后集电靴过桥接快电压比较稳定。
图3.7 改进后波形图
3.5是否带电分离验证
如下图所示，V1为钢板电压，V2为集电靴电压。 由图可知V2 从供电到断电，波形都在V1以内，所以铜片从接触到脱离，没有带电分离的现象。
.png)
图3.8 带电分离试验波形图
4结论
本文对地面接触间歇式地面供电系统供电模块产品及线路实际应用情况进行了深入研究分析，通过对供电模块的优化改进及模拟实验测试，验证了优化改进方案的效果，达到了预期要求。
综上分析，本文所述的优化设计方案合理可行，效果较好，达到了预期目标，为地面接触间歇式地面供电系统后续技术升级提供了一种有效的改进方案，通过实验测试得出的验证数据为线路实际应用提供了理论依据，投入使用后可以有效提升系统运行的可靠性和安全性，提高地面接触间歇式供电系统的市场竞争力。
参考文献
GB/T 1402-2010 轨道交通 牵引供电系统电压
GB/T 10411-2005 城市轨道交通直流牵引供电系统
GB/T 25121.3-2018 轨道交通 机车车辆设备 电力电子电容器