TECHNOLOGY AND MARKET
Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．４，２０１２
1概述
上海轨道交通１１号线南段车辆采用第三轨下部受流，电压等级ＤＣ１５００Ｖ，设计运营速度１２０ｋｍ／ｈ，是目前国内运营速度等级最高的线路。
在每个转向架两侧适当位置安装一套受流器。
全列车采用母线贯通方式，中间通过一个ＢＨＢ连接。
与架空接触网相比，第三轨供电系统使用寿命长、运营可靠、维修量小电能损耗小和不影响城市景观等优点。
目前，我国采用第三轨的城市有北京、上海、武汉、无锡和昆明等地。
设计运营速度以８０ｋｍ／ｈ为主，逐步向１２０ｋｍ／ｈ提高。
此外，在接触轨供电系统电压等级方面，有ＤＣ７５０Ｖ和ＤＣ１５００Ｖ两种。
按照受流部位分类，第三轨受流可分为上部受流、下部受流和侧部受流三种形式。
2集电靴的设计与分析
主要分析在不同工况下受流器与第三轨的匹配关系。
得出合理的第三轨端部弯头的高度、集电靴的活动范围，以保证列车在过断轨区时，集电靴不会碰撞第三轨端部弯头，受流器在正常工作位时，不会和第三轨发生脱离。
2.1受流器与第三轨的垂向匹配分析
集电靴与第三轨的匹配主要受转向架垂向运动最大位移、轨道磨耗、三轨安装误差、磨耗和挠度、集电靴本身磨耗量等方面的影响。
２．１．１计算集电靴抬升量
在列车运行过程中，当转向架出现表１所示的向下垂向位移５６ｍｍ；第三轨出现表２所示向上垂向位移９ｍｍ；集电靴磨耗到最大值１５ｍｍ时，需要避免集电靴与第三轨（三轨正常高度为２００ｍｍ）发生脱离，才能避免集电靴和第三轨不产生拉弧或集电靴无法受电，即此时集电靴的抬升量为２００＋５６＋９＋１５＝２８０ｍｍ。
受流器处于工作位时不脱离第三轨的匹配图见图１。
表1转向架向下位移
表2三轨向上位移
图1受流器处于工作位不脱离第三轨２．１．２确定第三轨端部弯头抬升量
在列车运行过程中，当出现表３所示的转向架出现向上垂向位移１７和从表４所示的第三轨出现向下垂向位移７时。
此时为受流器处于自由位，要求过断轨区时，不会和第三轨端部弯
上海轨道交通11号线南段工程车辆受流器设计
邓谊柏，陈中杰，徐园，胡海峰
（南车株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲412001）
摘要：介绍了目前城轨车辆几种最常用的第三轨受流形式，对第三轨下部受流方式的集电靴与第三轨的匹配分析过程进行了详细论述，同时介绍了熔断器选型计算，为地铁车辆受流器的选型设计提供参考。
关键词：受流器；匹配分析；导电轨；电气间隙
Design of current collector device for Shanghai Metro Line11southern section vehicle
Design and Research of
ＤＥＮＧＹｉ－ｂｏ，ＣＨＥＮＺｈｏｎｇ－ｊｉｅ
（Ｒ＆ＤＣｅｎｔｅｒ，ＣＳＲＺｈｕｚｈｏｕＥｌｅｃｔｒｉｃＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００１，ＣｈｉｎａＨｕＮａｎ）
Abstract:ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｔｈｉｒｄｒａｉｌｃｕｒｒｅｎｔｆｏｒｍｏｆＳｈａｎｇｈａｉＭｅｔｒｏＬｉｎｅ１１ｓｏｕｔｈｅｒｎｓｅｃｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅ．Ｍａｋｅｓａｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｆｏｒｍａｔｃｈｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓｈｏｅｗｉｔｈｃｏｎｄｕｃｔｏｒｒａｉｌ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｆｕｓｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｕｂｗａｙｄｅｓｉｇｎｅｄ．
Key words:ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｌｌｅｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅ；ｍａｔｃｈｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｒａｉｌ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｌｉｅａｒａｎｃｅ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１２．０４．０１３
序号因素位移（mm）
1受流器在转向架的安装误差3
2轨道竖向弹性变形5
3轨道竖向磨耗8
4一系弹簧的最大位移40
合计56
序号因素位移（mm）
1三轨向上安装误差5
2三轨磨耗4
合计9
技术研发
26
技术与市场第１９卷第４期２０１２年
头发生碰撞，即第三轨端部弯头高度应大于集电靴的高度，才能避免集电靴和端部弯头发生碰撞。
表3转向架向上位移
表4三轨向下位移
可得出集电靴上升到的高度为：
２８０＋１７＝２９７ｍｍ
当第三轨端部弯头发生向下的最大位移７ｍｍ，其高度应大于集电靴上升到的高度２９７ｍｍ。
可得出第三轨端部弯头正常高度应大于２９７＋７＝３０４ｍｍ。
所以端部弯头的高度取３０５ｍｍ，第三轨端部弯头的抬升量为３０５－２００＝１０５ｍｍ。
受流器处于自由位与端部弯头匹配图见图２。
图2受流器处于自由位与端部弯头匹配图２．１．３计算集电靴隔离位高度
在列车运行过程中，如果将受流器转换至隔离位，此时列车若仍需继续运行，就应该杜绝集电靴与第三轨产生拉弧现象。
当转向架发生向上的最大位移１７ｍｍ，第三轨发生向下的最大位移７ｍｍ，集电靴没磨耗。
同时为了使集电靴不会与第三轨发生拉弧，集电靴与第三轨还需具有一定的电气间隙，根据ＥＮ５０１１９，ＤＣ１５００Ｖ的电气间隙值为５０ｍｍ，即集电靴在隔离位的高度为：２００－５１－７－１７＝１２５ｍｍ，才能满足上述要求。
受流器处于隔离位不与第三轨拉弧时的匹配图见图３。
图3受流器处于隔离位不与第三轨拉弧２．１．４确定三轨支架下部高度
在确定了集电靴在隔离位的高度后，当转向架出现向下垂向位移５６ｍｍ时，集电靴带电体最低点距离轨面８ｍｍ，第三轨
的支架下部低于轨面１０ｍｍ，所以集电靴不会与三轨支架发生碰撞，受流器处于隔离位与三轨支架分析见图４。
图4受流器处于隔离位与三轨支架分析图
2.2受流器与第三轨的横向匹配分析
在列车运行过程中，车辆除了会产生垂向运动，正常理想状况下，碳滑板和第三轨中心重合，如图５所示。
由于存在轮轨间隙、三轨横向安装误差等因素，还必须对集电靴和三轨进行横向匹配分析。
通过设计合理的碳滑板宽度，保证集电靴和三轨不会发生横向脱离。
本项目第三轨宽度为９２ｍｍ，碳滑板宽度设计为６０ｍｍ。
当出现表５所示的转向架出现横向位移３８．９和从表６所示的第三轨出现横向向位移６时，则集电靴与三轨发生最大相对位移为３８．９＋６≈４５ｍｍ。
此时碳滑板和三轨没有发生横向脱离，仍然接触３１ｍｍ如图６所示。
表5转向架横向位移
表6三轨横向位移
3熔断器选型计算
熔断作为保护列车短路保护器件，具有非常重要的作用。
列车共有４个牵引逆变器、３个附逆变器，每个受流器配置了一个熔断器，全列车共６×２＝１２个熔断器。
在ＡＷ３工况下，列车最大牵引额定电流为１９００Ａ，最大辅助额定电流为５３９Ａ，可计算得出列车总的额定电流为１９００＋５３９＝２４３９Ａ。
考虑到最恶劣工况，当单边损坏２个熔断器，其余４个熔断
序号因素位移（mm）
1受流器在转向架的安装误差3
2两条钢轨的相对高度弹性变化2
3转向架向上的跳动（AW0）12
合计17
序号因素位移（mm）
1三轨向下安装误差-5
2三轨扰变值-2
合计-7
序号因素位移（mm）
1.轮对横向制造误差1
2.轴箱轴承游隙1
3.一系弹簧横向定位误差1
4.一系弹簧横向弹性变形(静态+动态)8
5.簧下部分横向制造误差1
6.受流器横向安装误差2
7.轮轨间隙16.5
8.轨道侧磨量6
9.轨道横向弹性变形量直线：1曲线：2.4
合计38.9
序号因素位移（mm）
1三轨横向安装误差6
合计6
技术研发
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TECHNOLOGY AND MARKET
Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．４，２０１２
图5理想状况下集电靴与三轨横向匹配图
器分担整列车电流。
即每个熔断器流过的电流为：２４３９÷４＝６０９．７５Ａ
则选择的熔断器为６０９．７５×１．６＝９７５．６Ａ，可选用１０００Ａ的熔断器。
此时，还需要进一步校核熔断器与高速断路器的匹配情况。
列车过断轨区时，存在单个受流器对整列车供电的情况。
通过计算，过断轨区的时间为１．１３ｓ。
通过高速断路器曲线、熔断器曲线及过无轨区电流值与时间的分析可知（见图７），１０００Ａ的熔断器满足设计要求。
4结语
本文对受流器基本形式进行了简单介绍，并以上海轨道交通１１号线南段工程车辆受流器设计为例，详细论述了集电靴与第三轨的匹配分析和熔断器的选型计算。
通过以上方法设计的受流器已经完成施工设计，详细的性能将在实际运营得到考核。
参考文献：
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[2]倪昌，王建.地铁车辆受电靴的下部限界计算研究[J].都市
快轨交通，2010(4).
[3]王振全，李相泉.分体式受流器的结构和性能分析[J].铁道
标准设计，2011(1).
[4]陈宏和，马沂文，张陆平.地铁车辆受流器与接触轨间的摩
擦试验分析[J].电力机车与城轨车辆，2004(3).
作者简介：
邓谊柏，2010年毕业于湖南大学电气工程专业，工学硕士，现从事城轨车辆受流器、受电弓研究设计工作。
基金项目：湖南省科技重大专项(08FJ001)
图6极限状况下集电靴与三轨横向匹配图
图7熔断器选型曲线图技术研发
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