城市轨道交通第三轨系统可靠性探析

城市轨道交通第三轨系统可靠性探析
【摘要】接触网是城市轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。

针对城市轨道交通牵引供电系统第三轨系统的特点，分析了第三轨系统的薄弱环节，提出了提高城市轨道交通供电系统第三轨系统可靠性的具体措施。

【关键词】城市轨道交通第三轨可靠性
城市轨道交通接触网的类型主要有：第三轨和架空接触网。

电压制式与受流方式的配合共有DC750V第三轨、DC750V架空接触网、DC1500V第三轨、DC1500V架空接触网4种方式。

因接触网没有备用，一旦接触网故障将导致整个供电区全部停电，在其间运行的电动车因失去电能供应而中断行车[1]。

因此若要减少城市轨道交通牵引供电系统的故障时间及故障次数，必须提高城市轨道交通牵引供电系统接触网的可靠性。

本文主要讨论第三轨系统可靠性问题。

1 城市轨道交通牵引供电系统第三轨的组成与特点
第三轨式接触网是沿线路敷设的与轨道平行的附加接触轨。

第三轨主要由接触轨、端部弯头、接触轨接头、防爬器和安装底座组成。

（1）接触轨：目前主要采用钢铝复合轨，它的主要特点是导电率高，重量轻，磨耗小，电能损耗低。

（2）端部弯头：主要是为了保证集电靴顺利平滑通过接触断轨处而设置的。

（3）接触轨接头：一般分为正常接头和温度伸缩接头两种。

正常接头采用铝制鱼尾板进行各段导电轨的固定而不预留温度伸缩缝，但要求接头与支持点的距离不小于600mm。

温度伸缩接头主要是为了克服接触轨随环境温度的变化而引起的伸缩。

（4）防爬器：即中心锚结。

设置防爬器主要是为了限制接触轨自由伸缩段的膨胀伸缩量。

（5）安装底座：接触轨的安装底座一般采用绝缘式整体安装底座，且一般安装在轨道整体道床或轨枕上。

第三轨系统的特点是采用高导电性能的钢铝复合接触轨，单位电阻小，可降低牵引网的电能损耗，不用额外敷设沿线的馈电电缆，从而有效的节约运营成本。

复合材质的接触轨具有重量轻、耐腐蚀、耐磨损等特点，维护量小，可以节约维护成本。

并且，它安装在走行轨的旁边，对铁路周围的景观影响较小。

钢铝复合接触轨与电力机车集电靴之间的接触面为不锈钢层，因此使用寿命长。

2 第三轨的受流方式及应用
第三轨受流方式有三种：上接触式、下接触式和侧接触式。

（1）上接触式取流靴从上压向第三轨轨头，第三轨顶面受流。

取流靴的接触力是由下作用的弹簧的压力进行调节的，受流平稳。

施工作业简便，可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。

国内北京地铁采用此受流方式。

（2）下
接触式的第三轨的轨头朝下，通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上，欧洲国家比较青睐此受流方式。

下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在第三轨周围，对人员安全性好，利于防止下雪和冰冻造成的取流困难。

但这种方式安装结构复杂，费用较高。

广州地铁四号线采用此方式。

（3）侧接触式就是第三轨轨头端面朝向走行轨，取流靴从侧面受流，跨座式独轨车辆就采用侧面接触式取流，其取流靴装在转向架下部。

国内的重庆轻轨采用此受流方式。

3 可靠性分析
故障树分析法是目前常见的可靠性分析方法之一。

其主要思路是：以系统的某一不希望发生的事件（顶事件）作为分析目标，向下逐层追查导致顶事件发生的所有可能原因，直到基本事件（底事件）。

通过可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，即故障树。

然后确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，计算系统的故障概率。

根据计算结果采取相应的改进措施，以提高系统的可靠性。

第三轨轨故障树如图1所示。

应用以上可靠性分析方法，根据上行法计算得到最小割集，从而得出第三轨中的薄弱环节有接头故障、端部弯头故障、安装底座故障、绝缘支架故障、绝缘子故障、防爬器故障。

笔者对三种接触网的可靠度进行了计算分析，发现第三轨的可靠度最高，架空刚性接触网可靠度次之，架空柔性接触网可靠度最低。

因为第三轨结构简单，采用的低碳钢轨或钢铝复合轨，抗腐蚀和耐磨能力强，故障率低。

刚性接触网结构紧凑，采用汇流排，无断线的可能。

而架空接触网构造复杂，零部件多，容易故障。

4 第三轨改进措施
第三轨的结构简单，故障较少。

主要的故障有绝缘子老化及绝缘子的污秽造成的绝缘子击穿问题。

采用抗污能力较强的硅橡胶绝缘子，加强对绝缘子的清扫。

另外，采用钢铝复合轨用做接触轨，改善了第三轨受流的技术性能，新上的城市轨道交通项目采用钢铝复合轨已成为趋势。

参考文献
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[2]于松伟，杨兴山，韩连祥等.城市轨道交通供电系统[M].成都：西南交通大学，2008：75-242.
[3]朱申，谢奕波.接触网[M].北京：中国铁道出版社，2008：1-88.
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[5]刘品.可靠性工程基础[M].北京：中国计量出版社，2002：122-156.
[6]于松伟，周菁，韩连祥等.直流1500V接触轨系统的安全防护[J].都市快轨交通，2010，23（1）：5-10.。