深圳地鐵3號線橫崗車輛段是國內(nèi)首座雙層車輛段，車輛段運(yùn)用庫1層為停車庫，用于列車停放；2層為檢修庫，用于列車檢修。為有效保證車輛檢修作業(yè)人員安全、降低設(shè)備設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)成本，以及綜合考慮車輛檢修作業(yè)效率，橫崗車輛段運(yùn)用庫2層檢修區(qū)并未采用傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)或接觸軌等供電方式為列車出、入庫及檢修作業(yè)提供動力來源，而是采用滑觸線供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)與列車模式開關(guān)箱配合，為列車各種工況提供動力。

1 滑觸線供電系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概要

滑觸線供電系統(tǒng)是通過智能小車在動力電纜及控制電纜上的滑行受電，為進(jìn)、出車庫及在庫內(nèi)檢修的列車提供牽引和輔助電源的供電系統(tǒng)（圖1、圖2）。主要包括支撐構(gòu)件、滑觸線導(dǎo)體、集電小車、供電電纜、耦合接頭及相應(yīng)的控制系統(tǒng)。滑觸線控制系統(tǒng)具有滑觸線的斷、送電控制及相應(yīng)的電路保護(hù)、信號指示、安全聯(lián)鎖等功能。

1.2 滑觸線與車輛耦合接頭

圖3、圖4為滑觸線和車輛耦合接頭外觀，中間為主接觸器針，四周的輔助接觸器針用于控制回路的聯(lián)鎖保護(hù)，當(dāng)滑觸線耦合接頭與車輛耦合接頭連接不正確或沒有連接時(shí)，滑處線控制系統(tǒng)無法將D C1500V高壓送至耦合接頭處，有效消除了誤操作導(dǎo)致的安全隱患。滑觸線耦合接頭參數(shù)：額定電流200??A，額定電壓為D C1500V，外殼直徑32??m m，連接主針直徑16mm。

2 列車工況分析

深圳地鐵3號線列車在滑觸線供電模式下有2種工況：

(1）進(jìn)、出車庫時(shí)，列車速度10km/h，全車空調(diào)關(guān)閉，1動5拖；

(2）列車在車間檢修時(shí)，輔助供電系統(tǒng)滿載工作。

為了讓車輛檢修人員、車輛乘務(wù)人員以及技術(shù)人員更加理解以上工況設(shè)計(jì)的合理性，站在運(yùn)營的角度進(jìn)行分析、驗(yàn)證。

滑觸線供電系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)接口的關(guān)鍵是如何保證在滑觸線正常供電的前提下，列車出、入庫及檢修作業(yè)時(shí)的用電需求得到滿足,也就是首先要滿足滑觸線耦合接頭與車輛耦合接頭參數(shù)的匹配，在滿足此條件后，車輛耦合接頭（圖5中V P D1和V P D2）的額定電流與車輛牽引系統(tǒng)和輔助供電系統(tǒng)的工況關(guān)，根據(jù)3號線列車牽引性能及牽引電機(jī)特性曲線（圖6）可知，AW3(列車超載，載客人數(shù)為1??880人，整車重量約305??t)工況時(shí)，1輛動車工作的情況下，牽引系統(tǒng)所需*大電流出現(xiàn)在速度為45??km/h時(shí)，約為880??A，那么，AW0(列車空載)的*大電流880??A×0.67=590??A，顯然，都遠(yuǎn)大于滑觸線耦合接頭額定電流參數(shù)（200??A），因此，列車必須降速、減載，才能滿足進(jìn)、出庫時(shí)滑觸線供電的要求。

由于深圳地鐵3號線雙層車輛段2層檢修庫主要用于車輛的檢修作業(yè)，為保證車輛檢修作業(yè)人員安全，規(guī)定列車出、入車輛段2層檢修庫時(shí)的速度必須控制

在10??km/h以下，同時(shí)從節(jié)約成本方面考慮，2層檢修庫不再單設(shè)車間電源供電設(shè)備，滑觸線供電系統(tǒng)還必須具備車間電源的功能，保證列車正常的檢修用電。

鑒于以上考慮，假設(shè)以下3種減載方案，進(jìn)行比較，分析車輛牽引系統(tǒng)和輔助供電系統(tǒng)按以下工況工作時(shí)輸入電流是否滿足滑觸線耦合接頭額定電流要求。

(1）列車空調(diào)關(guān)閉的情況下限速10??km/h，1動5拖出、入庫。

(2）列車靜止?fàn)顟B(tài)下輔助用電設(shè)備全部滿負(fù)荷運(yùn)行。

(3）列車空調(diào)開啟的情況下限速10??km/h，1動5拖出、入車庫。

2.1 工況1

列車空調(diào)關(guān)閉的情況下限速10km/h，1動5拖出、入庫。

此時(shí)，只有1輛動車工作，依據(jù)牽引電機(jī)特性，*大電流出現(xiàn)在45??km/h時(shí)，因此，列車牽引系統(tǒng)所需輸入電流：

(1）AW3重量條件下單節(jié)動車的*大電流=880??A（45??km/h）；

(2）AW0重量條件下單節(jié)動車的*大電流=880??A×0.67=590??A；

(3）10??km/h及AW0重量條件下的*大電流=590??A×10/45=130??A；

(4）5??km/h及AW0重量條件下的*大電流??=??590??A×5/45??=??45??A。

在全車空調(diào)關(guān)閉情況下，車輛輔助電源系統(tǒng)（A PU）所需輸入電流參照表1輔助供電系統(tǒng)正常情況下的列車負(fù)荷總計(jì)。

整列車交流負(fù)載為：160.74??+160.74-??(6×47) = 39.48 kVA；換算成千瓦為：39.48×0.85（功率因數(shù)）= 33.558 kW；整列車直流負(fù)載為：8.372??kW+7.282??kW = 15.654 kW；輔助系統(tǒng)工作網(wǎng)壓為：DC1500V。

那么輔助供電系統(tǒng)的輸入電流為：

I =??P/U =??{39.48+15.654}/1??500×1??000 =??36.756 A，所以，列車在10????km/h所需的*大電流：130??+??36.756??=??166.756??A。

2.2 工況2

列車靜止?fàn)顟B(tài)下輔助用電設(shè)備全部滿負(fù)荷運(yùn)行（利用滑觸線供電時(shí)空調(diào)只能減載運(yùn)行）。

此時(shí)，輔助供電系統(tǒng)交流負(fù)載為:160.74+160.74-21.5×6=192.48??k V A，直流負(fù)載為：8.372kW+7.282??kW=15.654??kW，那么輔助供電系統(tǒng)的輸入電流為：

I =P /U = { ( 1 9 2 . 4 8×0 . 8 5 )+15.654}/1??500×1??000=119.508??A。

2.3 工況3

列車空調(diào)啟動的情況下限速10??km/h，1動5拖出、入車庫。

參照工況1、工況2可知，此時(shí)列車在10 km所需的*大電流： 1 3 0 + 1 1 9 . 5 0 8=249.508??A。

3 結(jié)論

從上述3種工況分析可知：工況1所需電流大于工況2，且兩者都小于滑觸線耦合接頭額定電流200??A，工況3所需輸入電流大于滑觸線耦合接頭額定電流。

根據(jù)計(jì)算分析可驗(yàn)證，在滑觸線供電方式下工況1和工況2都是可行的，即：在滑觸線供電牽引列車時(shí)，列車須采用“1動5拖”、小于10??km/h的速度，且需關(guān)閉整列車空調(diào)的方式運(yùn)行進(jìn)出庫；在滑觸線供電檢修作業(yè)時(shí)，車輛輔助供電系統(tǒng)可以滿負(fù)荷運(yùn)行，滿足列車檢修需要。

4 建議

通過計(jì)算分析驗(yàn)證可知，在利用滑觸線供電方式牽引列車進(jìn)、出車庫或在車間進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，必須要使列車處于相應(yīng)的工況，對車輛檢修人員、車輛乘務(wù)人員等應(yīng)提出明確的操作要求，否則會對人身及相關(guān)設(shè)備造成很大的安全隱患。

由于列車在進(jìn)、出庫區(qū)時(shí)存在接觸軌供電和滑觸線供電2種方式的轉(zhuǎn)換（列車正線采用接觸軌供電，運(yùn)用庫2層采用滑觸線供電），為有效保證作業(yè)人員的安全，提高作業(yè)效率，建議在設(shè)計(jì)過程中充分考慮滑觸線操作的安全性、方便性，比如考慮將列車供電模式轉(zhuǎn)換裝置（模式開關(guān)箱）安裝于駕駛室內(nèi)，采取更加易于操作的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。