1、城市軌道交通供電制式分析探討        摘要：本文介紹了國(guó)外快速軌道的供電制式情況，總的來(lái)看，采用DC 750V電壓第三軌饋電的，占76.8%。采用DC 1500V電壓架空接觸網(wǎng)饋電約占23.2%。  文章還對(duì)城市軌道交通的兩種供電方式，進(jìn)行了分析比較。認(rèn)為在設(shè)備投資方面，DC1500V接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)與DC750V第三軌供電系統(tǒng)基本持平。DC750V第三軌系統(tǒng)具有6大優(yōu)點(diǎn)：施工安裝和故障搶修方便、區(qū)間隧道土建費(fèi)用低、供電可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維修工作量小，維修費(fèi)用低和城市景觀效果好?？焖佘壍澜煌ㄗ鳛橐?/p>

2、種化的交通設(shè)施，在建設(shè)中人們對(duì)于城市景觀效果、保護(hù)環(huán)境越來(lái)越重視。       關(guān)鍵詞：電流   電壓  第三軌  接觸網(wǎng)  饋電方式,安全  景觀 1 城市軌道交通供電制式簡(jiǎn)述1.1供電系統(tǒng)的構(gòu)成      城市軌道交通列車(chē)，是以電力為能源的電動(dòng)車(chē)組，列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中不斷地從牽引網(wǎng)上獲取電能，一個(gè)安全可靠的供電系統(tǒng)，是保證軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的首要條件。      城市軌道交通的

3、供電系統(tǒng)，由變電所、接觸網(wǎng)(接觸軌)和回流網(wǎng)三部分構(gòu)成。變電所通過(guò)接觸網(wǎng)(接觸軌)，由車(chē)輛受電器向電動(dòng)客車(chē)饋送電能，回流網(wǎng)是牽引電流返回變電所的導(dǎo)體。      牽引網(wǎng)的供電制式主要指電流制、電壓等級(jí)和饋電方式。目前世界城市軌道交通的直流牽引電壓等級(jí),有DC600V、DC750V和DC1500V等多種；我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)<<地鐵直流牽引供電系統(tǒng)>>，規(guī)定了DC1500V和DC750V兩種電壓制。      牽引網(wǎng)的饋電方式分為架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種基本類(lèi)型。其中電壓制與饋電方式

4、是密不可分的。一般DC1500V電壓采用架空接觸網(wǎng)饋電方式。DC750V電壓采用第三軌饋電方式。1.2供電制式選擇原則：      在選擇城市快速軌道交通供電制式時(shí)應(yīng)遵循以下原則：      1 供電制式與客流量相適應(yīng)      客流量是軌道交通設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)預(yù)測(cè)客流量大小，選擇適用的電動(dòng)客車(chē)類(lèi)型和列車(chē)編組數(shù)量，一般大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，采用DC1500V電壓和架空接觸網(wǎng)饋電，中運(yùn)量的系統(tǒng)采用DC750V和接觸軌饋電方式。  

5、;    2 供電安全可靠      地下鐵道是城市交通的骨干，一但牽引網(wǎng)發(fā)生故障，造成列車(chē)停運(yùn)，就會(huì)影響市民出行，引起城市交通混亂。因此，安全可靠是選擇供電制式的最重要條件。      3 便于安裝和事故搶修。      選用的牽引網(wǎng)應(yīng)便于施工安裝和日常維修，一但發(fā)生牽引網(wǎng)故障，應(yīng)便于搶修，盡快恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。      4 牽引網(wǎng)使用壽命長(zhǎng)，維修工作量小，是降低軌道交通

6、運(yùn)營(yíng)成本的重要條件。      5 城市軌道交通是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)注重環(huán)境和景觀效果。2 國(guó)內(nèi)外軌道交通供電制式的應(yīng)用情況2.1國(guó)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(lái)，在近140年的時(shí)間內(nèi)，各國(guó)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(guó)家和城市，有不同的電壓等級(jí)。       目前接觸網(wǎng)系統(tǒng)的電壓等級(jí)有DC600V、750V、11

7、00V、1500V和3000V等多種。      接觸軌系統(tǒng)的電壓等級(jí)有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V 、1000V和1200V等多種。      地鐵與輕軌雜志曾介紹過(guò)“世界地下鐵道概況表“，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(shuō)明，DC1500V接觸網(wǎng)和DC750V第三軌饋電都是可行的。從世界范圍來(lái)

8、看，采用第三軌饋電的占多數(shù)。      2 當(dāng)前趨向      目前，為了降低工程造價(jià)，各國(guó)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(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)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(hào)稱(chēng)集中了世界最先進(jìn)的技術(shù)，為保護(hù)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，都采用DC750V第三軌饋電。  

9、    近年來(lái)，有人說(shuō)第三軌饋電是陳舊落后的技術(shù)，接觸網(wǎng)是先進(jìn)技術(shù)。這是一種片面的說(shuō)法。衡量一條地鐵是否先進(jìn)，應(yīng)該是它的自動(dòng)化水平高低，機(jī)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(shuō)法對(duì)我國(guó)城市快速軌道交通的健康發(fā)展是十分有害的。2.2.國(guó)內(nèi)情況      我國(guó)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(gè)城市的快速軌道交通投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。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(zhǎng)春輕軌采用DC750V接

10、觸網(wǎng)饋電。      正在籌建或?qū)⒁\(yùn)營(yíng)的軌道交通的城市，南京和深圳地鐵采用DC1500V接觸網(wǎng)饋電。蘇州、杭州、武漢和青島采用DC750V第三軌饋電。3 兩種供電制式分析比較3.1設(shè)備施工安裝比較      架空接觸網(wǎng)懸掛在鋼軌軌面上方4040mm處。由承力索、滑觸線、饋電線、架空地接、絕緣子、支柱、支持與懸掛另部件、隔離開(kāi)關(guān)、電纜及拉錨裝置等組成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。另部件較多。      架空接觸網(wǎng)施工安裝時(shí)，因作業(yè)面較高，作業(yè)不方便，安裝調(diào)整比

11、較困難。需要使用專(zhuān)用的架線車(chē)和大型機(jī)具，施工費(fèi)用較高。      第三軌安裝在車(chē)輛走行軌外側(cè)700mm處,高出軌面140mm。由導(dǎo)電接觸軌、絕緣子、絕緣支架、防護(hù)罩、隔離開(kāi)關(guān)和電纜組成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，另部件較少。第三軌安裝高度較低，鋼鋁復(fù)合接觸軌每延米重量為14.25kg，施工安裝方便，施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工安裝費(fèi)用較低。3.2設(shè)備投資比較      現(xiàn)以青島地鐵為例，對(duì)兩種供電制式的設(shè)備投資進(jìn)行比較。青島地鐵第一期工程長(zhǎng)約16.455km，全部為地下線，設(shè)13座車(chē)站。采用以主變電所為主的混合式供電

12、方案。除去兩種供電制式相同部分設(shè)備的投資 (2座主變電所、車(chē)輛段的1座牽引降壓混合變電所和兩座降壓變電所、10kV電纜)，對(duì)兩種供電制式下可比部分的設(shè)備投資比較如下：          1 DC1500V架空接觸網(wǎng)方案，      青島地鐵第一期工程，采用DC1500V架空接觸網(wǎng)方案，正線上設(shè)牽引降壓混合變電所6座，設(shè)降壓變電所7座。      按牽引降壓混合變電所每座造價(jià)1000萬(wàn)元，降壓變電所每座造價(jià)400 萬(wàn)元

13、，架空接觸網(wǎng)（柔性隧道內(nèi)）每公里造價(jià)165萬(wàn)元計(jì)算，系統(tǒng)中可比部分的造價(jià)為14262萬(wàn)元。      2 DC750V低碳鋼接觸軌方案      采用DC750V低碳鋼接觸軌方案，正線上設(shè)9座牽引降壓混合變電所，設(shè)4座降壓變電所。該方案變電所的單價(jià)與DC1500V架空接觸網(wǎng)方案相同，接觸軌每公里造價(jià)按103萬(wàn)元計(jì)算，系統(tǒng)中可比部分的造價(jià)為14009萬(wàn)元。      3 DC750V鋼鋁復(fù)合接觸軌方案    

14、  鋼鋁復(fù)合接觸軌是由不銹鋼帶，通過(guò)機(jī)械方法，與鋁合金型材相結(jié)合制成的接觸軌。其特點(diǎn)一是重量輕，每延米重14.75kg；二是電阻率低，牽引網(wǎng)損耗??；三是供電距離較長(zhǎng)。      青島地鐵第一期工程，采用DC750V鋼鋁復(fù)合接觸軌方案，正線上設(shè)7座牽引降壓混合變電所(接觸網(wǎng)方案為6座)，設(shè)6座降壓變電所。鋼鋁接觸軌每公里造價(jià)按125萬(wàn)元計(jì)算。系統(tǒng)中可比部分的造價(jià)為13538萬(wàn)元。      由此可見(jiàn)，以設(shè)備投資而論，架空接觸網(wǎng)方案和低碳鋼接觸軌方案基本持平。鋼鋁復(fù)合接觸軌方案造價(jià)最低。3

15、.3供電可靠性比較      地鐵每天運(yùn)營(yíng)18小時(shí)，必須保證不間斷地供電。一旦供電中斷，就會(huì)造成地鐵停運(yùn)，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。       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(gè)零部件發(fā)生問(wèn)題，會(huì)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(dǎo)線張力維持其工作狀態(tài)，經(jīng)過(guò)

16、多年磨損及電弧燒傷，導(dǎo)線的截面會(huì)逐漸減小，其強(qiáng)度也隨之降低。加上導(dǎo)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(yùn)。          上述架空線事故，國(guó)內(nèi)幾家地鐵已發(fā)生多起。2001年7月上海地鐵1號(hào)線，因架空線斷線，造成部分路段停運(yùn)近2小時(shí)。      香港地鐵于八十年代初建成，采用DC1500V架空線供電。建成后多次發(fā)生架空線斷裂，造成地鐵長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，引起地面交通癱瘓的重大事故。1     

17、          例如，1991年3月12日的香港報(bào)紙，曾用醒目標(biāo)題報(bào)導(dǎo)地鐵架空線斷裂事件：地鐵連串故障幾癱瘓，引致港九大混亂，逾七小時(shí)方恢復(fù)正常，令五十萬(wàn)乘客受影響。荔景站滯留4小時(shí)，乘客獲發(fā)“證明書(shū)”。      報(bào)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(yùn)五個(gè)半小時(shí)以上的事故。      香港1991年6月19日的報(bào)紙，報(bào)導(dǎo)了九廣電氣化鐵路(九龍羅湖)因接觸網(wǎng)故障

18、，造成停運(yùn)事故。稱(chēng)：遭截?cái)嚯娋€長(zhǎng)達(dá)一公里，火車(chē)癱瘓十二小時(shí)，二十五萬(wàn)乘客受影響。      該報(bào)紙還刊登了“九鐵故障算舊帳”記年表。例舉了1982年至1991年該線發(fā)生的39起停運(yùn)事故。其中因架空接觸網(wǎng)故障引起的停運(yùn)事故為14起，占故障總數(shù)的35.8%。每次故障停運(yùn)時(shí)間在27小時(shí)，最長(zhǎng)的達(dá)12小時(shí)。      上述事實(shí)說(shuō)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。      2 接觸軌系統(tǒng)  &#

19、160;   接觸軌系統(tǒng)的另部件少，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，堅(jiān)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(guò)因接觸軌故障造成列車(chē)停運(yùn)事故。由此可見(jiàn)，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。3.4使用壽命比較      接觸網(wǎng)的使用壽命，關(guān)系到接觸網(wǎng)更新改造的再投資。根據(jù)我國(guó)電氣化鐵路的規(guī)定，接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷面允許磨耗量為33%，磨耗到限的導(dǎo)線必須及時(shí)更換。按此標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)架空接觸導(dǎo)線的設(shè)計(jì)使用壽命為15年，實(shí)際使用壽命可能略大一些。進(jìn)口接觸線的使用壽命可達(dá)20年。就是說(shuō)采用架空接

20、觸網(wǎng)供電，系統(tǒng)每隔1520年就需要更換一次滑觸導(dǎo)線。      接觸軌的特點(diǎn)是堅(jiān)固耐磨，使用壽命長(zhǎng)。我國(guó)地鐵考查人員在倫敦地鐵看到了使用100年的第三軌。前幾年，北京地鐵曾對(duì)低碳鋼接觸軌磨耗狀況進(jìn)行過(guò)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)營(yíng)，其磨耗量不到5%。按此推算接觸軌使用100年其磨耗量也不到25%。      與此相比，架空接觸網(wǎng)在100年內(nèi)須更換56次滑觸線。運(yùn)營(yíng)單位需要一次次地再投入資金。      因此，從使用壽命和節(jié)約投資考慮，接觸軌方案具有較大

21、優(yōu)勢(shì)。   3.5 維修及管理費(fèi)用比較      1 架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)      架空接觸網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)中維修調(diào)整工作量較大，需要組建接觸網(wǎng)維修工區(qū)。按照國(guó)家電氣化鐵路規(guī)定，一個(gè)接觸網(wǎng)工區(qū)定員需25人，配備專(zhuān)用的接觸網(wǎng)檢查車(chē)，承擔(dān)10km左右線路接觸網(wǎng)的維修任務(wù)。按此，一條20km長(zhǎng)的地鐵，需要設(shè)2個(gè)接觸網(wǎng)工區(qū)，定員約50人。      接觸網(wǎng)工區(qū)的車(chē)輛、機(jī)具設(shè)備、以及人員工資福利等，使運(yùn)營(yíng)管理單位每年要付出一筆很大的維修費(fèi)用及管理費(fèi)

22、用。      另外，在日常運(yùn)營(yíng)中，若接觸網(wǎng)發(fā)生斷線事故，接觸網(wǎng)維修車(chē)無(wú)法開(kāi)進(jìn)隧道內(nèi)，全靠人工搶修。由于作業(yè)面高，搶修很困難。香港地鐵最長(zhǎng)的搶修時(shí)間達(dá)12小時(shí)。       2 接觸軌系統(tǒng)      采用第三軌供電，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固耐用，幾乎不用維修。北京地鐵沒(méi)有專(zhuān)職的三軌維修人員。由線路維修人員兼顧三軌維修。      平常三軌維修的內(nèi)容有，擦拭絕緣瓷瓶、檢查饋電線接頭焊點(diǎn)、調(diào)整三軌安裝位置、檢查

23、防爬設(shè)備、調(diào)整三軌彎頭。，這些簡(jiǎn)單的維修工作，不需要大型機(jī)具設(shè)備，所花維修費(fèi)用較少。因?yàn)槿増?jiān)固耐用，也不存在斷軌搶修問(wèn)題。3.6土建費(fèi)用比較      快速軌道交通的土建費(fèi)用，與工程地質(zhì)條件和施工方法有關(guān)。地下車(chē)站明挖施工，與供電制式無(wú)關(guān)，盾構(gòu)法施工的區(qū)間隧道斷面，兩種供電制式相同，不需要進(jìn)行比較。      用明挖法施工的區(qū)間隧道，兩種供電制式的凈空高度不同，具有可比性。      我國(guó)地下鐵道限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，DC1500V架空線系統(tǒng)的隧道凈空

24、高度為4.5m；DC750V三軌系統(tǒng)的隧道凈空高度為4.2m。二者相差0.3m。       按此計(jì)算，DC750V三軌系統(tǒng)，每延米區(qū)間隧道(雙線)，可節(jié)約鋼筋混凝土0.42m3， 每公里隧道可節(jié)約投資46萬(wàn)元。      用礦山法施工的直墻拱型隧道，DC1500V系統(tǒng)與DC 750V系統(tǒng)，凈空高度相差0.25m。每公里隧道減少開(kāi)挖量2350m3，可節(jié)約投資約70萬(wàn)元。3.7城市景觀效果比較      隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越重視城市環(huán)境和

25、景觀。上海地鐵3號(hào)線建成以后，人們開(kāi)始反思架空接觸網(wǎng)對(duì)城市景觀的負(fù)面影響，實(shí)際上這個(gè)問(wèn)題十年以前，在國(guó)外已經(jīng)引起重視。      1990年建成的新加坡地鐵67km線路，1998年馬來(lái)西亞吉隆坡建成的兩條高架輕軌，以及1999年建成的泰國(guó)曼谷輕軌，從城市景觀效果考慮，均采用第三軌饋電。      北京地鐵13號(hào)線，以地面線和高架線為主，采用第三軌饋電。其景觀效果受到了市民的稱(chēng)贊。      前年在杭州地鐵的一次評(píng)審會(huì)上，上海某知名專(zhuān)家，就供電方式問(wèn)題發(fā)表了自己的看法。他說(shuō)：上海地鐵1號(hào)線當(dāng)時(shí)預(yù)測(cè)的客流量較大，選用A型車(chē)8輛編組，車(chē)組重量達(dá)440t。按照這樣大的負(fù)荷確定系統(tǒng)采用DC1500V架空線供電。