城市轨道接触网系统介绍

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1. 城市轨道接触网供电电压等级

我国标准规定城市轨道交通供电电压为DC750V 和1500V 两种。从输电效率讲,因为线路损耗是与电流平方成正比的,尽管可以设辅助馈电线来减少线路阻抗, DC 1 500 V 损耗小、效率高。1500V 电压变化率较小,电能质量较好,且由于杂散电流要小一半,有利于减少对地下金属建筑物的腐蚀。现在我国新修建的地铁大都采用1500V 直流制式，其中包括广州地铁五号线，深圳地铁三号线，上海地铁九号线。

2．城市轨道交通供电接触网的类型

牵引供电系统是由电网输入线路、牵引变电站、馈电线、牵引接触网和回流线等构成的供电网络。接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。三轨式接触网用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨,架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。为了保证对电动车组良好的供电,接触网应顺直平滑,高度一致,在高速行车中能始终保持正常稳定的接触授流;接触网应具有足够的耐磨性与良好的导电性,寿命尽量长,并力求结构简单,易于施工、维修。2. 1 架空式接触网

架空式接触网的悬挂类型分为两种:柔性悬挂和刚性悬挂。其中柔性悬挂又可分为简单悬挂与链型悬挂。不同的类型其电线粗细、条数、张力都是不一样的。架空线的悬挂方式,要根据架线区的列车速度、电流容量等输送条件以及架设环境进行综合勘察来决定要采取什么方式。

2.1.1简单悬挂

简单悬挂方式结构简单,支柱高度低,支持装置承受的负荷较轻,但是弛度大、弹性不均匀。弹性简单悬挂建造费用低,施工方便维修简单,。广州地铁五号线鱼珠车辆段的车场线均采用简单悬挂。

2.1. 2 链形悬挂

接触线通过吊弦悬挂到承力索上的悬挂称为链形悬挂。链形悬挂承力索悬挂于支柱的支持装置上接触线通过吊弦悬挂在承力索上,使接触线增加了悬挂点,调节吊弦可以使整个跨距内接触线对轨面保持一致高度。由于接触线是悬挂在承力索上的,因而基本上消除了悬挂点处的硬点,使悬挂线的弹性在整个跨度内都比较均匀。链型悬挂一般用在正线或试车线等要求较高的区段。

图1 简单悬挂图 图2 链形悬挂图

2. 1. 3 刚性悬挂

刚性悬挂又称刚性接触网,是一种区别于传统柔性接触网的供电方式。由于地铁隧道供电导线上方空间有限,链形悬挂一般采用冷拉电解铜接触线。1962 年日本东京营团地铁日比谷线开通时, 考虑可能发生断线事故而要有保护措施、洞内维修作业较复杂等问题,以及隧道断面比三轨供电要大幅扩大的情况,开发了地铁用的新的刚性悬挂方式。现在通过10 多个国家、30 多条地铁的运营, 经过不断改进设计,刚性接触网系统已日臻完善, 非常可靠。如广州地铁二号线使用的刚体悬挂(见图3) :采用铝合金π型汇流排和铝夹耳来夹持铜导线,设计简单,施工容易; π型汇流排截流截面大,减少电阻40 % 以上,无须辅助馈电线,使得其结构简单紧凑,节省隧道净空,节省投资;导电铜线不受张力,应用可靠,耐磨性好;接触网系统零部件少,大大降低了维护成本。上海地铁九号线延长线采用此悬挂方式。

刚性接触网与柔性接触网相比，有以下3个特点：一是接触网载流面积大，可为机车提供更稳定的电能；二是结构简单、安装方便、维护简便，与柔性接触网相比维修量大幅度减少，在国外使用该技术的地铁还被称之为免维护接触网，更说明其维护量之小；三是可减少隧道净空，由于刚性接触网直接安装在隧道顶部，不仅安装方便，也不需要占用更多空间，使隧道净空降低。

图3 刚性悬挂系统

2. 2 接触轨接触网

三轨接触网是沿轨道线路敷设的附加接触轨,

从电动客车转向架伸出的受流器通过滑靴与第三

轨接触而取得电能。接触轨可以有三种方式,即上

接触式、下接触式和侧接触式。德国在1978年

建成了世界上第一段钢铝复合轨，运行长度3.3

公里。1996年后，美国、日本、意大利、马来西

亚、泰国等国家都开始应用，至今世界上已建成

钢铝复合接触轨运营线路1000多公里，遍布欧

洲、美洲、大洋洲、亚洲。25年的实践证明，它

无论在工艺还是在运营业绩上，都是非常成熟的。

目前在我国的城市轨道交通工程中，除武汉轻轨使用第三轨系统并投入运营外，正在建设中的北京地铁五号线、四号线，广州地铁四号线、五号线及天津地铁一号线均采用钢铝复合接触轨。除隔离开关设备外，广州轨道交通四号线采用的三轨系统部件全部实现了国产化，如钢铝复合轨、绝缘支架、防护罩等。我公司参见的深圳地铁三号线，广州地铁五号线皆采用下接触式三轨系统（见图四）。可以说，三轨系统是我们电务施工企业展示作为的又一大市场、大舞台。

2. 2. 1下接触式接触轨系统

下接触式三轨轨头朝下,通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上。（见图五）下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在接触轨周围,对人员安全性好。莫斯科地铁就采用这种方式,利于防止下雪和冰冻造成集电困难。在我国地铁建设中广泛推广使用。

作为一种新的电气化铁路供电接触网方式，第三轨系统的优势。

第三轨系统可降低隧道上方净空、节省投资，具有供电线路维修工作量少、架设不影响周围的景观等优点。

具体说就是，第三轨系统采用高导电性的钢铝复合接触轨，因此可以不用额外敷设沿线的馈电电缆；单位电阻小，可降低牵引网电能损耗从而有效地节约运营成本；重量轻，易于调整，接触轨之间采用鱼尾板连接，不需要现场焊接，因此安装简便；复合材料制成的接触轨支架具有低维护、耐腐蚀的特点，可以有效降低生命周期成本；安装位置在走行钢轨旁边，对铁路周围景观影响较小；钢铝复合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。一句话，它具有良好的发展前景。

3 不同接触方式的特点比较

3. 1 安全性

无论架空式接触网还是三轨接触网,其安全性都是无容置疑的。从发生触电事故的情况看,两种方式都有且主要发生在车辆运用维修与电网维护人员。从地面交通的角度来看,在市区平交运行的有轨电车或轻轨车宜采用架空接触网;牵引网压等级较高时,为了安全和保证一定的绝缘距离,也宜采用架空网。而封闭运行的城市铁路或轻轨采用架空线或第三轨都完全能保证安全;在发生事故疏散乘客时架空式接触网将给人们更多的安全感。

3.2 城市美观

架空式接触网需要架设支柱,支持悬挂接触网要安装腕臂或横跨,横跨由金属桁架或横向承力索、上下定位绳组成。在城市中间密布支架和电线网,影响市容,有碍观瞻。当然通过巧妙的规划设计可以减少不利影响。而三轨授电,接触轨位置低,没有明显的高大部件(如立柱、横向承力索、金属桁架等),城市景观好,对电磁污染较易采取防护措施。这也是国内外某些城市轨道交通采用三轨受电方式的原因之一。