地铁洗车库接触网跳闸故障原因分析及改进方案

引言

地铁车辆段中的洗车库是为地铁车辆提供自动洗车洗车的场地。根据《地铁设计规范》车辆段应设机械洗车设施，配属车超过 12 列的停车场也可设置机械洗车设施。采用接触网供电时，洗车库宜按接触网供电设计洗车库两端应设接触网隔离开关[1]。在一次全自动驾驶模式下电客车进行洗车作业过程中发生接触网跳闸事件，本文将从接触网跳闸过程进行分析，经过充分调研、研究分析提出了洗车库接触网增设中性区的改进方案。

1 事件概况

2024 年 7 月 12 日 16:30:58，一列电客车回段场进行全自动驾驶模式下进行洗车作业，刚进入洗车库时变电所 312 馈线跳闸，瞬间重合闸成功，随后电客车前后弓分别通过洗车库两端分段绝缘器，造成 312 馈线断路器保护动作跳闸 4次，给地铁运营造成了巨大影响，同时也给接触网分段绝缘器和直流开关设备造成了不可逆的损伤。

2 问题回顾

2.1 洗车机及接触网设计意图

某洗车机厂家该型洗车机在工作时要求洗车库内“接触网不带电，库内为无电区”。接触网设计方案是在洗车状态下接触网洗车库外手隔 (SG02#) 应为合闸，实现带电洗车；在检修状态下，接触网洗车库外手隔 (SG02#) 应为分闸接地，以确保检修安全。

2.2 洗车库内接触网布置

某地铁车辆段内按照规范要求洗车线路在入段线端运用库前“八字形”往复式布置，洗车库总体结构长约 60 米，采用接触网供电的全自动洗车设计。洗车线接触网采用柔性简单悬挂，单根接触线一侧棘轮补偿下锚，图 1 所示为洗车库内接触网平面布置示意图，两端库前约 13 米各有一根普通等径钢支柱，库内结构预留 3 个吊柱，接触线导高为 5400mm ，分别在洗车库前后两端设置 2 架分段绝缘器，并在洗车库尾端设置 1 台常闭手动隔离开关，手动隔离开关带接地刀闸，隔开分闸后实现自动接地功能。

2.3 事故发生时情况

事故发生时洗车库外手动隔离开关 (SG02#) 在分闸接地状态，电客车在进入洗车库时前端受电弓与接触网分段绝缘器瞬间短路导致直流柜 312 馈线断路器动作跳闸，与接触网的运行要求不一致。

3 跳闸原因分析

3.1 跳闸过程分析

事件发生时电客车为 ATO 自动驾驶模式并且洗车库内接触网处于接地状态，电客车刚进入洗车库受电弓与分段绝缘器接触瞬间短路通过手动隔离开关(SG02#) 形成接地回路，造成变电所 312 馈线断路器动作跳闸，如图 2。由于电客车双弓运行且双弓间距大于洗车库库前与库后接触网两分段绝缘器的间距，电客车自动驾驶模式运行，此时电客车司机无法及时采取制动，电客车前后受电弓分别滑过库前库后分段绝缘器在接触瞬间发生短路故障，故在短时间内发生多次 312 馈线断路器动作跳闸又重合闸的情况。

3.2 跳闸经过分析

第 1 次跳闸：16:30:58，电客车前端二车号顶 1# 受电弓滑至库前 1# 分段绝缘器，在分段绝缘器中部同时接触分段绝缘器两侧引弧角，瞬间形成接地回路，此时 312 馈线断路器保护装置动作接触网跳闸失电，瞬间电客车 1# 受电弓滑过此位置后 312 馈线断路器保护重合闸动作成功，接触网恢复供电，电客车正常取流运行。

第 2 次跳闸：16:31:08，电客车 1# 受电弓滑至库后 2# 分段绝缘器时 , 在分段绝缘器中部时同时接触分段绝缘器两侧引弧角，瞬间形成接地回路，此时 312馈线断路器保护装置再次动作接触网跳闸失电，同时电客车 1# 受电弓滑过此位置后 312 馈线断路器保护装置又重合闸动作成功，接触网恢复供电，电客车又正常取流运行。

第 3、4 次跳闸：由于事故发生时电客车为 ATO 自动驾驶模式，在跳闸瞬间受电弓与分段绝缘器拉弧发出的巨大响声，电客车司机虽发现有异常情况，但是在很短时间内无法完成切换运行模式并及时采取降弓的操作，导致电客车五号车顶 2# 受电弓重复了 1# 受电弓发生的接触网跳闸过程，直至电客车完全驶出洗车库，电客车司机才完成紧急降弓停车的操作，此时 2# 受电弓已经触发了两次 312 馈线断路器保护装置跳闸又重合闸动作。

4 改进方案

4.1 方案介绍

改进方案是在库内增设 25 米的接触网无电区，无电区两侧设电分段（带分相功能），同时将原另一侧库外电分段增设带接地手动隔离开关；并对库内接触悬挂点安装位置进行了适当调整，详见图 3。在日常情况下，两端手动隔离开关为常闭状态，当库内接触网或其他作业检修时，开关打开并接地，确保检修安全。

4.2 改进方案平面布置

4.3 关键设备

该方案选用了“一种地铁出入段线柔性非接触式分段绝缘器”[2]，该分段绝缘器安装座的两侧固定有一对等长的金属滑道内端延伸至绝缘滑道的外侧并固定有灭弧角具备了分段绝缘器的各项技术和功能要求，关键在于它具备类似铁路 27.5KV 分相绝缘器的功能。

1 安装底座 2 绝缘棒 3 上绝缘棒 4 绝缘滑轨 5 金属滑道

6 接触线线夹 7 接触线 8 消弧角 9 连接线夹 10 抱箍式支架

图 4 分段绝缘器示意图

4.4 实施后效果

在洗车库内接触网增设中性区的方案实施以后，根据 2023 年至今的日常运行和接触网运维跟踪数据，弓网运行匹配良好，分段绝缘器运行状态较好未出现异常打火拉弧，大大增加了设备可靠性以及设备使用寿命。电客车全自动洗车运行良好，再未发生此类接触网跳闸的事件。

4.5 其他建议措施

（1）在工程建设的设计阶段设计要充分理解厂家洗车机的工作原理和技术要求，设计单位方案要充分考虑电客车前后弓与分段绝缘器间距逻辑关系，且保证接触网检修作业期间，区段单独停电接地的安全保障。

（2）在运营单位接手后要组织设备培训，通过人员交底培训、制度约束、设立标识等多举措强化接触网“有电”“无电”区域分界卡控管理。

（3）加强行车调度、电力调度、维修调度、司机、供电维保等关键岗位人员对接触网线路运营工况的系统研究，深度掌握设备设施特点，提升运营保障能力。

5 结语

随着人们对出行环境要求的提高，车辆基地在设计中基本都设有洗车库，高效安全的洗车作业显得尤为重要，而洗车库内接触网设备的安全可靠运行则是前提。本文结合故障分析，通过对电客车全自动洗车的工作原理及现场运行条件充分对比论证，提出了在洗车库内接触网增设中性区的方案，从长远意义上彻底解决了此类故障的发生，有效保障了设备和运营安全。

参考文献

中华人民共和国住房和城乡建设部．GB50517-2013 地铁设计规范[S]．北京:中国建筑工业出版社 ,2013

宝鸡保德利电气设备有限责任公司 . 一种地铁出入段柔性非接触式分段绝缘器 :CN202322112141.X[P]. 2024-03-19.