城市轨道交通供电接触网类型的比较

城市轨道交通供电接触网类型的比较

摘要分析了城市轨道交通两大类牵引供电接触网的基本要求、不同类型与特点,提出不同城市选择接触网形式时应注意处理的关系和建议。架空接触网及第三轨授电都是可行的形式,并在各自的应用领域中仍不断发展进步。从城市发展以及技术经济上分析比较,采用DC 1 500 V 供电及架空接触网形式确有一定的优越性。

关键词城市轨道交通,供电,接触网

世界各国城市轨道交通的供电电压大都在DC 600～1 500 V 之间。IEC(国际电工委员会) 拟订的电压标准为:600 V 、750 V 和1 500 V 三种。我国标准规定为DC 750 V 和DC 1 500 V 两种。目前我国许多大城市都在考虑建设快速轨道交通,首先面临的就是采取哪一种供电制式。这涉及到供电系统的技术经济指标、城市交通线网的规划站距、供电半径、供电质量、运输规模、旅行速度和车辆形式等。必须根据各城市的具体条件和要求,综合分析论证。以下分别从不同的运营要求、特点、规模和条件来做一分析比较。

1 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第三轨(接触轨, 以下简称三轨) 式接触网。三轨式接触网仅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。

1. 1 架空式接触网

架空式接触网的悬挂类型大致为三种:简单悬挂,链形悬挂,刚体悬挂。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。

1. 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。为改善这一状况,一般在悬挂点处增加一个倒Y 形的弹性吊索,称为弹性简单悬挂(见

图1) ,相应改善了悬挂点处的弹性和运行状况。由于弹性简单悬挂建造费用低,施工方便维修简单,城市电车或轻轨往往采用这种悬挂方式。地铁为了减少隧道净空,采用以弹性支座或弓形腕臂作支持部件的简单弹性悬挂。

2. 1. 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。显然,链形悬挂比简单悬挂性能好得多,但结构复杂、投资大、施工维修调整较为困难。

链形悬挂的类型很多,可以按悬挂链数分为单链形悬挂、双链形悬挂和多链形悬挂。按线索相对于线路中心的位置,又可以分为直链形接触悬挂、半斜链形接触悬挂、斜链形接触悬挂。对城市轨道交通,因其运行速度不太高,列车功率也不太大,一般多采用简单链形悬挂(见图2) ,应用速度可达100 km/ h 以上。

图1 弹性简单悬挂

图2 简单链形悬挂

1. 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。如营团地铁南北线使用的刚体悬挂(见图3) :采用铝合金T 型汇流排和铝夹耳来夹持铜导线,设计简单,施工容易; T 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。

1. 2 三轨接触网

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。三轨接触网的电压据IEC 标准为DC 600 V 和DC 750 V , 但也有国家采用较高电压,如西班牙巴塞罗那地铁就采用了DC 1 500 V 和1 200 V 。接触轨可以有三种方式,即上接触式、下接触式和侧接触式。

图3 刚性悬挂

1. 2. 1 上接触式

三轨安装在绝缘子组件上(见图4) ,由接触轨、绝缘子、三轨夹板、防护支架、防护

板、端部三轨弯头、防爬器等构件组成。受流器滑靴从上压向接触轨轨头顶面受流。受流器

的接触力是由下作用弹簧的压力调节的,受流平稳,由于端部弯头的过渡作用,能够减少在断

电区的电流冲击。

上接触式三轨施工作业简便,可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。北京地铁、纽约地铁都是采用上接触式第三轨。

1. 2. 2 下接触式

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。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。但是这种方式安装结构较复杂,费用较高。

2. 1. 2. 3 侧面接触式

侧面接触式就是接触轨轨头端面朝向走行轨, 集电靴从侧面受流。跨座式独轨车辆就采用侧面接触形式。其受流器装在转向架下部,接触轨装在轨道梁上。

图4 三轨装配图

1. 2. 4 三轨材料的进步

三轨用导电率较高的铁轨制成(一般国内使用的材料为05Al) 。近几年来随着复合材料的发展, 由不锈钢与铝合金通过机械方法或冶金结合方法加工而成的钢铝复合接触轨(见图5) 已取代低碳钢接触轨,被世界上60 多个城市采用。钢铝复合轨与低碳钢接触轨相比具有以下优势: