我國和世界主要城市軌道交通接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式

1、我國和世界主要城市軌道交通接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式普虹瑞2013232324昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院摘 要： 城市軌道交通接觸網(wǎng)是城市軌道交通工程中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，它擔負著為電動列車傳遞電能的重要作用，目前接觸網(wǎng)分為兩種：架空接觸網(wǎng)和接觸軌，其中架空接觸網(wǎng)中柔性架空接觸網(wǎng)已經(jīng)越來越少的在正線使用，在分析了城市軌道交通兩大牽引接觸網(wǎng)的基本要求、不同類型與特點后，我認為DC1500剛性架空接觸網(wǎng)形式具有一定的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式、供電方式和安全  世界城市軌道交通已有140多年歷史，目前已呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。我國城市軌道交通起步較晚，只有40年歷史，但近期發(fā)展迅猛。世界上城市軌道交通

2、中的直流牽引電壓等級繁多，從750V到3000V都有，中國國家標準規(guī)定為750V、1500V兩種，其電壓允許波動范圍分別為500900V、1000V1800V。電壓等級與饋電方式是牽引網(wǎng)供電制式中的關(guān)鍵點，兩者密切相關(guān)。對于一個具體的城市，電壓等級與饋電方式的選擇，應(yīng)該結(jié)合起來，統(tǒng)一考慮。1 城市軌道交通接觸網(wǎng)類型  牽引供電系統(tǒng)由電網(wǎng)輸電線路、牽引變電所、饋電線、牽引接觸網(wǎng)和回流線等組成。牽引網(wǎng)系統(tǒng)的饋電方式有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。接觸軌僅用于地鐵與城市輕軌，架空式接觸網(wǎng)除地鐵外還用于鐵路干線、工礦、城市地面等。 1.1 架空式接觸網(wǎng)  架空式接觸網(wǎng)的懸掛

3、類型大致分為三種：簡單懸掛，鏈形懸掛，剛性懸掛，地面架空式 。不同類型的懸掛方式其電纜粗細、條數(shù)、張力都不一樣。架空線的懸掛方式，要根據(jù)架線區(qū)的列車速度、電流容量等輸送條件以及架設(shè)環(huán)境進行綜合勘察來決定。 1.1.1 簡單懸掛 簡單懸掛只有接觸線和一根架空地線，支柱安裝負荷較輕，但是馳度大，彈性不均勻，接觸網(wǎng)取流效果差，車輛速度受到限制，為改善彈性差的狀況，大多會采用在懸掛點處增加一個倒Y形的彈性吊索，稱為彈性簡單懸掛，同樣為改善馳度大的狀況，常采用加裝補償裝置的措施，稱為帶補償?shù)膹椥院唵谓佑|懸掛。由于簡單懸掛方式建造費用低，施工方便維修簡單，城市電車或輕軌往往采用這種懸掛

4、方式。地鐵為了減少隧道凈空，采用以彈性支座或弓形腕臂作支持部件的簡單彈性懸掛。 1.1.2 鏈形懸掛  鏈形懸掛是指接觸線通過吊弦懸掛到承利索上的懸掛。鏈形懸掛承力索懸掛于支柱的支持裝置上接觸線通過吊弦懸掛在承力索上，使接觸線增加了懸掛點，調(diào)節(jié)吊弦可以使整個跨距內(nèi)接觸線對軌面保持一致高度，接觸網(wǎng)彈性均勻。由于接觸線是懸掛在承力索上的，因而基本上消除了懸掛點處的硬點，使懸掛線的彈性在整個跨度內(nèi)都比較均勻。鏈形懸掛比簡單懸掛性能好得多，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資大、施工維修調(diào)整較為困難。 1.1.3 剛性懸掛  剛性懸掛又稱剛性接觸網(wǎng)，是將傳統(tǒng)的接觸線夾裝在匯流排中，用匯流排取

5、代了承利索，并靠它自身的剛性保持接觸線的固定位置，使接觸線不因重力而產(chǎn)生較大馳度。由于地鐵隧道供電導線上方空間有限,鏈形懸掛一般采用冷拉電解銅接觸線。剛性接觸網(wǎng)節(jié)省隧道凈空，可靠性高，耐磨性好，接觸網(wǎng)零件簡單，維修成本大大降低。1.1.4 地面架空式接觸網(wǎng) 地面架空式接觸網(wǎng)有以下幾個部分組成，如下圖所示：（1） 接觸懸掛。包括承力索、吊弦、接觸線。與電動列車受電弓直接接觸的是接觸線，接觸懸掛方式很多。（2） 支持裝置。用以支持接觸懸掛并將其負荷傳給支持或其他建筑物的結(jié)構(gòu)。包括腕臂、拉桿絕緣子。（3） 定位裝置。包括定位器和定位管。其作用是保證接觸線與受電弓的相對位置在規(guī)定范圍內(nèi)。（4） 支柱和

6、基礎(chǔ)。用以承受基礎(chǔ)懸掛和支持裝置的負荷、并將接觸懸掛固定在規(guī)定高度。1.1.5 隧道架空式接觸網(wǎng) 隧道架空式接觸網(wǎng)的懸掛與地面架空式有所不同。一方面隧道內(nèi)不能立支柱，支柱裝置直接設(shè)置在洞頂或洞壁；另一方面又必須考慮隧道斷面、凈空高度、帶電體對接地體的絕緣距離、導線的馳度等因素的限制。根據(jù)隧道斷面和凈空高度不同，接觸懸掛有多種不同的方式。隧道架空式接觸網(wǎng)又可分為柔性接觸和剛性接觸。如下圖所示：1.2 接觸軌  接觸軌，又稱第三軌或簡稱三軌。接觸軌系統(tǒng)是沿線路敷設(shè)專為電動車輛授給電能的系統(tǒng)。三軌接觸網(wǎng)是沿軌道線路敷設(shè)的附加接觸軌, 從電動客車轉(zhuǎn)向架伸出的受流器通過滑靴與第三軌接觸而取得電

7、能。接觸軌可以有三種方式,即上接觸式、下接觸式和側(cè)接觸式。接觸軌式接觸網(wǎng)如下圖所示： 1.2.1 上磨式 上部授流方式為接觸軌正放，車輛受流器通過與接觸軌的上頂面接觸獲取電能。上磨式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費、維護和更新費用較低。缺點：因結(jié)構(gòu)的局限性，帶電接觸軌的安全防護性能較差。接觸面上積累塵屑，加速接觸軌和受流器的磨損，潮濕環(huán)境會增加短路故障發(fā)生概率。 1.2 .2 下磨式 下部授流方式為接觸軌倒放，車輛受流器通過與接觸軌的下底面接觸獲取電能。下部授流方式的優(yōu)點：接觸軌的安裝高度及水平方向均可作適度調(diào)整，不需要設(shè)計多種高度的零部件就可以滿足實際需要。下部

8、授流接觸軌系統(tǒng)的防護罩對帶電接觸軌的防護性能更好，帶電接觸軌不容易被無意識地碰觸到，利于人身安全防護。下部接觸方式遮擋雨雪、避免塵屑的條件也優(yōu)于上部接觸方式，能較好確保牽引網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行。缺點：相對于上部授流接觸方式而言，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備費、維護和更新費用較高。上磨式、下磨式  如下圖所示： 1.2.3 側(cè)面接觸式  側(cè)部授流方式為接觸軌側(cè)放，受流器接觸面與道床面垂直。側(cè)面接觸式就是接觸軌軌頭端面朝走行軌，集電靴從側(cè)面受流。側(cè)部授流方式的特點是適用于“牽引軌+回流軌”（即“三軌+四軌”）的布置形式。 2 不同類型接觸網(wǎng)可靠性的比較

9、0; 就柔性接觸網(wǎng)、剛性接觸網(wǎng)和接觸軌相比較，剛性接觸網(wǎng)和接觸軌比較占優(yōu)勢，特別是接觸軌，鋼鋁復(fù)合接觸軌的壽命可達到50年以上，且無張力，檢修方便，基本不需要更換，可靠性高；剛性接觸網(wǎng)次之，匯流排比較輕，導電性能好，不易損壞，換線也方便，臟污速度較慢，接觸軌由于接近地面，更易臟污；柔性接觸網(wǎng)有斷線的危險，換線比較麻煩，且需要多條輔助饋線，接觸線馳度大，彈性不均勻，取流效果差，容易發(fā)生事故，可靠性較差。 3 接觸網(wǎng)類型選擇分析 以西安地鐵2號線為例進行分析，西安地鐵2號線正線采用DC1500V剛性懸掛接觸網(wǎng)，車輛段采用DC1500V柔性簡單懸掛接觸網(wǎng)。首先從電壓等級上分析，電

10、壓等級越高，功率一定，電流變小，線路損耗與電流平方成正比，相應(yīng)的線路損耗大幅下降，并且1500 V 電壓變化率較小,電能質(zhì)量較好,且由于雜散電流要小一半,有利于減少對地下金屬建筑物的腐蝕；再者，隨著城市規(guī)模的擴大，城市人口的增加，我們需要速度及載客量都越來越大的客車，而較高的電壓在同等條件下能夠傳輸較大的功率，電壓等級提高是必然趨勢，所以選用DC1500比DC750要好。再從懸掛形式上分析，首先說車輛段，車輛段車速低，對接觸網(wǎng)的要求低，而柔性、剛性和第三軌中，以柔性簡單懸掛所需費用最低，所以車輛段為柔性簡單懸掛接觸網(wǎng)；正線因為車速高、密度大、間隔小，對于設(shè)備的安全性可靠性要求比較高，三種形式中

11、剛性接觸網(wǎng)和第三軌安全可靠性比柔性接觸網(wǎng)要好，無張力無斷線之憂。導流性能上剛性和三軌接觸網(wǎng)區(qū)別不大，但是三軌接觸網(wǎng)離地面比較近，對軌道信號有一定的不利影響，并且在發(fā)生事故疏散乘客時架空式接觸網(wǎng)將給人們更多的安全感，所以現(xiàn)在架空剛性接觸網(wǎng)目前成為一種趨勢，所以西安地鐵二號線采用剛性架空接觸網(wǎng)與柔性接觸網(wǎng)相結(jié)合的制式非常科學合理。 4 供電系統(tǒng)的構(gòu)成 城市軌道交通列車，是以電力為能源的電動車組，列車在運行過程中不斷地從牽引網(wǎng)上獲取電能，一個安全可靠的供電系統(tǒng)，是保證軌道交通安全運營的首要條件。 牽引網(wǎng)的供電制式主要指電流制、電壓等級和饋電方式。目前世界城市軌道交通的直流牽引電壓等級,有D

12、C600V、DC750V和DC1500V等多種；我國國家標準<<地鐵直流牽引供電系統(tǒng)>>，規(guī)定了DC1500V和DC750V兩種電壓制。 4.1.2 國外情況（1）供電制式 從1863年倫敦建成世界上第一條地下鐵道以來，在近140年的時間內(nèi)，各國已有近百座城市修建了城市軌道交通。就電壓制式而言，在不同的國家和城市，有不同的電壓等級。目前接觸網(wǎng)系統(tǒng)的電壓等級有DC600V、750V、1100V、1500V和3000V等多種。接觸軌系統(tǒng)的電壓等級有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V 、1000V和1200V等多種。地鐵與輕軌雜志曾介紹過“世界地下

13、鐵道概況表“，表中列舉的82條快速軌道交通線中。采用接觸網(wǎng)饋電的有19條，約占總數(shù)的23.2%，采用第三軌饋電的有63條，約占總數(shù)的76.8%。上述情況說明，DC1500V接觸網(wǎng)和DC750V第三軌饋電都是可行的。從世界范圍來看，采用第三軌饋電的占多數(shù)。（2 ）當前發(fā)展趨向目前，為了降低工程造價，各國城市快速軌道交通有向地面線和高架線發(fā)展的趨向。隨著人們環(huán)保意識的增強，越來越重視軌道交通的城市景觀效果，因此，新建的軌道交通系統(tǒng)采用第三軌饋電的日益增多。例如，1990年建成的新加坡地鐵、號稱集中了世界最先進的技術(shù)，為保護旅游城市環(huán)境，采用第三軌饋電。近年新建的吉隆坡輕軌、曼谷地鐵、德黑蘭地鐵，都

14、采用DC750V第三軌饋電。近年來，有人說第三軌饋電是陳舊落后的技術(shù)，接觸網(wǎng)是先進技術(shù)。這是一種片面的說法。衡量一條地鐵是否先進，應(yīng)該是它的自動化水平高低，計算機技術(shù)和信息技術(shù)應(yīng)用程度，以及是否符合環(huán)保要求和景觀效果，而不是采用了那種供電方式。這種說法對我國城市快速軌道交通的健康發(fā)展是十分有害的。4.1.2 國內(nèi)情況&我國自1969年建成北京第一條地下鐵道之后，相繼已有天津、上海等6個城市的快速軌道交通投入商業(yè)運營。其中北京和天津地鐵采用DC750V第三軌饋電。上海、廣州和大連采用DC1500V接觸網(wǎng)饋電。長春輕軌采用DC750V接觸網(wǎng)饋電。5供電可靠性比較地鐵每天運營18小時，必須保

15、證不間斷地供電。一旦供電中斷，就會造成地鐵停運，打亂城市交通秩序。因此，安全可靠的供電是選擇供電制式的重要條件。5.1.1 架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)柔性架空接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、固定支持零部件較多。所以薄弱環(huán)節(jié)也多。一旦某個零部件發(fā)生問題，會引起滑觸線脫落、甚至發(fā)生刮弓等惡性事故。另外，架空接觸網(wǎng)靠導線張力維持其工作狀態(tài)，經(jīng)過多年磨損及電弧燒傷，導線的截面會逐漸減小，其強度也隨之降低。加上導線材料的缺陷，在拉錨裝置及故障電流作用下，極易發(fā)生滑觸線斷線事故。造成地鐵停運。上述架空線事故，國內(nèi)幾家地鐵已發(fā)生多起。2001年7月上海地鐵1號線，因架空線斷線，造成部分路段停運近2小時。香港地鐵于八十年代初建成，采用D

16、C1500V架空線供電。建成后多次發(fā)生架空線斷裂，造成地鐵長時間停運，引起地面交通癱瘓的重大事故。例如，1991年3月12日的香港報紙，曾用醒目標題報導地鐵架空線斷裂事件：地鐵連串故障幾癱瘓，引致港九交通大混亂，逾七小時方恢復(fù)正常，令五十萬乘客受影響。荔景站滯留4小時，乘客獲發(fā)“證明書”。報紙還披露地鐵1986年在港島線，1987年在荃灣線，亦曾因接觸網(wǎng)故障，造成停運五個半小時以上的事故。香港1991年6月19日的報紙，報導了九廣電氣化鐵路(九龍羅湖)因接觸網(wǎng)故障，造成停運事故。稱：遭截斷電線長達一公里，火車癱瘓十二小時，二十五萬乘客受影響。該報紙還刊登了“九鐵故障算舊帳”記年表。例舉了198

17、2年至1991年該線發(fā)生的39起停運事故。其中因架空接觸網(wǎng)故障引起的停運事故為14起，占故障總數(shù)的35.8%。每次故障停運時間在27小時，最長的達12小時。上述事實說明，架空接觸網(wǎng)供電的可靠性較差。一旦發(fā)生斷線事故，因高空作業(yè)也不便于搶修。5.1.2 接觸軌系統(tǒng) 接觸軌系統(tǒng)的另部件少，結(jié)構(gòu)比較簡單，堅固耐用，不存在斷軌和刮碰受流器等事故隱患，北京和天津地鐵的三軌系統(tǒng)使用近30年，從未發(fā)生過因接觸軌故障造成列車停運事故。由此可見，接觸軌供電系統(tǒng)的可靠性較高。一旦發(fā)生事故，搶修也方便快捷。6 結(jié)語 綜上所述,無論架空接觸網(wǎng)還是第三軌授電, 柔性懸掛還是剛性懸掛,都因其不同的特點而應(yīng)用于不同的城市軌道交通線路,都是可行的牽引接觸網(wǎng)形式,在各自的應(yīng)用領(lǐng)域中仍不斷發(fā)展進步,存在孰優(yōu)孰劣 的問題。然而因各個城市建設(shè)軌道交通的目的、戰(zhàn)略意圖的不同，接觸網(wǎng)制