0 引言
城市地鐵車輛采用1 500 V架空接觸網(wǎng)受流方式雖然可以減少地鐵沿線牽引變電所的數(shù)量，降低牽引供電線路的電阻損耗，但在高架區(qū)段線路上方的接觸網(wǎng)對城市的景觀將不容質(zhì)疑地會產(chǎn)生一定的影響。近年來在廣州和深圳部分地鐵線路的地鐵車輛采用了1 500 V第三軌受流的方式，如我國廣州地鐵的4、5 號線，深圳地鐵龍崗線等。這些地鐵線路采用1 500 V第三軌受流的方式除了對地鐵沿線城市景觀起到一定改善作用外，與采用架空接觸網(wǎng)的方式相比，第三軌方式還有日常維護的工作量遠小于架空接觸網(wǎng)、作業(yè)簡單等諸多優(yōu)點，但與采用架空接觸網(wǎng)的方式相比，采用第三軌受流方式的地鐵車輛在車輛段內(nèi)如何保證段內(nèi)作業(yè)人員的安全，并提高作業(yè)效率值得探討。
1 接觸軌和車輛受流器
城市軌道交通的第三軌系統(tǒng)又稱鋼鋁復合接觸軌系統(tǒng)，是將電能傳輸?shù)匠鞘熊壍澜煌ㄏ到y(tǒng)電力牽引車輛上的裝置。第三軌系統(tǒng)通過車輛的受流器將電能傳
送給電力牽引車輛。第三軌一般是剛性、無偏轉(zhuǎn)地固定安裝在軌旁車輛限界之外的支架上。
根據(jù)車輛受流器從接觸軌的取流方式不同，接觸軌的安裝方式可分為：上接觸、下接觸、側(cè)接觸3種方式。
目前廣州地鐵 4 、5 號線和深圳地鐵龍崗線的1 500 V接觸軌采用了帶防護罩的下接觸方式（如圖1所示），同時以走行軌為回流通路。
下部受流的接觸軌系統(tǒng)安裝結構主要由導電軌、絕緣支架、防護罩、支撐墊塊和電纜組成，而導電軌則采用鋼鋁復合導軌結構，由高導電性的鋁和一層耐磨
的不銹鋼帶機械復合而成。
上接觸式第三軌如圖2所示，部件組成與下接觸式相比一般無防護罩，北京、天津等城市地鐵一般采用這種受流方式。圖3 為側(cè)接觸式第三軌示意圖，我國尚無 城 市采 用 。與 上 接觸、側(cè)接觸方式相比，采用下接觸方式的第三軌有以下的優(yōu)點：
①防護罩對帶電接觸軌的防護性能好，帶電接觸軌不容易被觸碰到，能確保人身安全；
②下部受流方式的遮擋雨雪條件也優(yōu)于上部受流方式，能確保牽引網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行；
③安裝精度要求比側(cè)接觸方式低，便于施工。
與接觸網(wǎng)受流方式不同的是，采用第三軌受流的地鐵車輛每節(jié)車的兩側(cè)均配置有車輛受流器。從圖4 可以看出，車輛受流器主要由風管、動作彈簧、機械止擋、碳滑板及支撐臂、熔斷器等部件組成。
圖4中的受流器狀態(tài)為落下脫離第三軌的狀態(tài)。當需要受流器升起使車輛受流時，通過風管供風使受流器向上動作，當動作點通過動作彈簧的拐點后，彈簧的拉力使受流器處于保持升起的狀態(tài)，此時不再需要風壓，風管中剩余的氣體排放到大氣中；反之當需要受流器落下脫離第三軌時，另一管路提供風壓并使受流器向下動作，過程同上。
各車的控制柜上設置有本車的受流器控制電路，當本車受流器有故障時可控制本車的受流器落下不受流，但不能對本車的單個受流器進行控制。
2 廣州地鐵4號線新造車輛段內(nèi)地鐵車輛的受流方式
廣州地鐵4 號線目前已開通運營從車陂南到金洲區(qū)段，在新造設車輛段1座。為滿足全線66‰的*大坡度，廣州地鐵4 號線采用了直線電機L型地鐵車輛，列車采用全動車編組，每節(jié)車左右兩側(cè)設置車輛受流器各 1 只，全列車 8 只。列車的編組方式：+ M c p*M -M*Mcp+，其中：+為全自動車鉤；- 為半自動車鉤；*為半長久牽引桿；Mcp 為帶司機室和受電弓的動車；M為動車。
為保證列車在車輛段內(nèi)車輛檢修作業(yè)人員的安全，在Mcp車的II位端各設置受電弓1臺，因此地鐵車輛在車輛段內(nèi)采用了架空接觸網(wǎng)受流的方式，如圖5 所示。
廣州地鐵4 號線車輛的司機駕駛臺上的“受電弓/集電靴轉(zhuǎn)換開關”共有3 個擋位，分別為“0”、“升弓”、“合靴”。當擋位在“0”位時，車輛的受電弓處于降弓位
置，車輛受流器離開第三軌處于落下狀態(tài)。地鐵車輛在正線運行時，開關擋位選擇在“合靴”擋，全車通過車輛受流器向列車的牽引及輔助電源系統(tǒng)提供電能，此時圖5電路中與車輛受流器相關的接觸器觸點K11、K12、K21和K22處于得電閉合狀態(tài)，同時受電弓回路的接觸器觸點KA和KB失電斷開。
在車輛段內(nèi)，司機通過操作擋位處于“升弓”的位置，圖5中的接觸器觸點KA和KB閉合，同時K11、K12、K21和K22失電斷開，保證車輛受流器處于無電狀態(tài)，此時地鐵車輛采用受電弓接觸受流的方式在車輛段內(nèi)運行。
廣州地鐵4 號線的新造車輛段在出入段線的隧道口位置為接觸網(wǎng)和受電弓的雙模方式。在地鐵車輛回段時，司機通過操作司機臺上的受流方式轉(zhuǎn)換開關讓
地鐵車輛選擇升起受電弓并收起車輛受流器返回車輛段；同樣在車輛出段時，則在此位置降下受電弓升起車輛受流器通過第三軌受流的方式進入正線載客運行。
3 深圳地鐵龍崗線橫崗車輛段內(nèi)地鐵車輛的受流方式
深圳地鐵龍崗線正線全長41.7 km，連接福田、落戶和龍崗3個行政區(qū)，計劃于2011年6月30日全線開通運營，是國內(nèi)**在地下、地面、高架及車輛段內(nèi)全部采用第三軌直流1 500 V下部接觸受流的方式線路。
深圳地鐵龍崗線的地鐵車輛采用標準的B1 型不銹鋼車體，并采用 4 動 2 拖的編組方式，編組方式為：-Tc*M*M-M*M*Tc-，其中：Tc為帶司機室拖車，M為動車，- 為半自動車鉤，* 為半長久牽引桿。與廣州地鐵4號線不同是，深圳地鐵龍崗線的車輛沒有配置受電弓系統(tǒng)，全列車共有2 0 只車輛受流器（其中每節(jié)Tc車2只，每節(jié)M車4只）。
列車兩端的Tc車在II 位轉(zhuǎn)向架兩側(cè)各有1 組車輛受流器CS，但每節(jié)M車則有4組受流器安裝在本車2組轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)。列車在運營的正線或進入車輛段運用
庫的停車線時均通過車輛單側(cè)的10 只受流器同時受流，以提供列車的VVVF牽引逆變器或SIV輔助電源系統(tǒng)的1 500 V電源。
為保證地鐵車輛檢修作業(yè)人員的安全，橫崗車輛段運用庫的10條列檢/檢查線采用滑觸線供電。在運用庫的停車線，地鐵車輛采用第三軌受流的方式直接進
行出入段作業(yè)，段內(nèi)第三軌的區(qū)域為完全封閉式，人員無法進入，只留有司機上下車的通道。
根據(jù)圖6 的原理圖，每列地鐵車輛的兩端的Tc 車均設置有模式開關箱（MSB BOX），并在Tc車兩側(cè)引出車間電源插座VPD1和VPD2。模式開關的閘刀MS有互鎖的功能。當列車采用車輛受流器受流時，圖4中模式開關的MS閘刀的1位閉合，2、3位分斷；當?shù)罔F車輛需要進入列檢線或檢查線時，則要將滑觸線小車的插頭接入列車的車間電源插座VPD1或VPD2，此時模式開關MS閘刀的1位分斷，2、3位閉合，這樣保證了整列車的20只受流器不再有1 500 V的高壓，同時安全地將直流1 500 V的電源引入到靠近該Tc車的M車VVVF牽引逆變器中，此時列車變更為1 動5 拖的方式被引入庫內(nèi)的列檢線或檢查線。
如圖7所示，在線路的咽喉區(qū)設長度長于一列車的接觸軌區(qū)段（中性段）作為發(fā)車區(qū)，其供電分段采用隔離開關，以使其供電獨立于其他軌行區(qū)線路的接觸軌，避免出現(xiàn)接觸軌和滑觸線同時給車輛供電的情況。
列檢線和停車線的滑觸線系統(tǒng)主要包括支撐構件、滑觸線導體、集電小車、供電電纜、耦合接頭以及相應的控制系統(tǒng)，如圖8 所示，所采用的滑觸線系統(tǒng)具有完備的安全保護功能?；|線插頭與開關柜具備安全聯(lián)鎖功能，當插頭未插好或意外脫離時，滑觸線自動斷電。另外滑觸線控制柜與中性軌段供電隔離開關具備安全聯(lián)鎖，排除滑觸線和中性軌同時帶電的可能性。
由于地鐵車輛的牽引逆變器和輔助逆變器回路中支撐電容器（如圖9中的FC）的存在，盡管逆變器中有放電電阻，但該電阻的阻值很大，在接觸軌斷電后無法將列車上受流器和車間電源插座的電位快速回零，等待電位回落需要時間。為了防止滑觸線操作人員帶電拔插滑觸線插頭，需要等待列車受流器和車間電源插座的電壓下降到安全電位，這就造成列車在庫前等待時間較長，夜間收車時會使得回段列檢的車輛排隊并積壓在正線。同樣的問題也會出現(xiàn)在早間出車時在列檢庫的排隊現(xiàn)象。
深圳地鐵龍崗線的地鐵車輛牽引逆變器回路采用了在受流器或滑觸線供電回路斷電時制動電阻斬波回路IGBT（圖9中的BCH）延時導通的方式，可在2 min內(nèi)將逆變器支撐電容的殘余電壓通過制動電阻快速放電至安全電壓，以減少列車出入段的等待時間。
4 結語
廣州地鐵4 號線和深圳地鐵龍崗線的地鐵車輛在車輛段內(nèi)采用了不同的受流模式來解決段內(nèi)車輛檢修作業(yè)人員的安全問題。對于廣州地鐵4 號線的車輛，由于地鐵車輛采用“車輛受流器+ 受電弓”的雙模方式，增加1 套受電弓系統(tǒng)，使得車輛的主電路趨于復雜，接觸器觸電電路的存在增加了主電路故障的可能性，并增加了車輛的購置成本。同時由于司機在出入段線的位置需要進行受流模式的轉(zhuǎn)換，車場的調(diào)度人員需要通過聯(lián)鎖在保證在此位置接觸網(wǎng)和第三軌不能同時帶電，這些轉(zhuǎn)換過程將極大地影響地鐵車輛的收發(fā)車效率。
而深圳地鐵龍崗線橫崗車輛段的運用庫停車線采用第三軌直接引入的方式，提高了收發(fā)車效率。但是在列檢/ 檢查線所采用的滑觸線系統(tǒng)同樣存在作業(yè)復
雜、需要多人操作的缺點，同時深圳地鐵龍崗線采用這種方式也是在基于地鐵車輛雙日檢的基礎上，如果采取日檢的車輛檢修模式，將極大地增加日檢時的調(diào)車作業(yè)工作量。
目前國內(nèi)某城市的城軌車輛則采用了北京、武漢等城市地鐵車輛直接三軌入段的方式而非上述2 種方式，地鐵車輛在車輛段的這種方式可簡化車輛的設計，提高收發(fā)車的效率。但在車輛檢修作業(yè)時需要分區(qū)域?qū)Φ谌墧嚯?，對車輛檢修的效率及人員安全會產(chǎn)生一定的影響，需要在運營組織上加強管理。
對于國內(nèi)采用1 500 V第三軌受流方式的地鐵線路，在車輛段內(nèi)采用上述的哪種模式，還需要根據(jù)自身的實際情況，權衡各自的利弊，合理選用。
