我国和世界主要城市轨道交通接触网结构形式

我国和世界主要城市轨道交通接触网结构形式

普虹瑞

2013232324

昆明工业职业技术学院

摘要：城市轨道交通接触网是城市轨道交通工程中的重要设备系统之一，它担负着为电动列车传递电能的重要作用，目前接触网分为两种：架空接触网和接触轨，其中架空接触网中柔性架空接触网已经越来越少的在正线使用，在分析了城市轨道交通两大牵引接触网的基本要求、不同类型与特点后，我认为DC1500刚性架空接触网形式具有一定的优越性。

关键词：接触网的结构形式、供电方式和安全

世界城市轨道交通已有140多年历史，目前已呈现多元化的发展趋势。我国城市轨道交通起步较晚，只有40年历史，但近期发展迅猛。世界上城市轨道交通中的直流牵引电压等级繁多，从750V到3000V都有，中国国家标准规定为750V、1500V两种，其电压允许波动范围分别为500～900V、1000V～1800V。电压等级与馈电方式是牵引网供电制式中的关键点，两者密切相关。对于一个具体的城市，电压等级与馈电方式的选择，应该结合起来，统一考虑。

1 城市轨道交通接触网类型

牵引供电系统由电网输电线路、牵引变电所、馈电线、牵引接触网和回流线等组成。牵引网系统的馈电方式有架空接触网和接触轨两种方式。接触轨仅用于地铁与城市轻轨，架空式接触网除地铁外还用于铁路干线、工矿、城市地面等。

1.1 架空式接触网

架空式接触网的悬挂类型大致分为三种：简单悬挂，链形悬挂，刚性悬挂，地面架空式。不同类型的悬挂方式其电缆粗细、条数、张力都不一样。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。

1.1.1 简单悬挂

简单悬挂只有接触线和一根架空地线，支柱安装负荷较轻，但是驰度大，弹性不均匀，接触网取流效果差，车辆速度受到限制，为改善弹性差的状况，大多会采用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，同样为改善驰度大的状况，常采用加装补偿装置的措施，称为带补偿的弹性简单接触悬挂。由于简单悬挂方式建造费用低，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。

1.1.2 链形悬挂

链形悬挂是指接触线通过吊弦悬挂到承利索上的悬挂。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，接触网弹性均匀。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。

1.1.3 刚性悬挂

刚性悬挂又称刚性接触网，是将传统的接触线夹装在汇流排中，用汇流排取代了承利索，并靠它自身的刚性保持接触线的固定位置，使接触线不因重力而产生较大驰度。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。刚性接触网节省隧道净空，可靠性高，耐磨性好，接触网零件简单，维修成本大大降低。

1.1.4 地面架空式接触网

地面架空式接触网有以下几个部分组成，如下图所示：

（1）接触悬挂。包括承力索、吊弦、接触线。与电动列车受电弓直接接触的是接触线，接触悬挂方式很多。

（2）支持装置。用以支持接触悬挂并将其负荷传给支持或其他建筑物的结构。包括腕臂、拉杆绝缘子。

（3）定位装置。包括定位器和定位管。其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内。

（4）支柱和基础。用以承受基础悬挂和支持装置的负荷、并将接触悬挂固定在规定高度。

1.1.5 隧道架空式接触网

隧道架空式接触网的悬挂与地面架空式有所不同。一方面隧道内不能立支柱，支柱装置直接设置在洞顶或洞壁；另一方面又必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离、导线的驰度等因素的限制。根据隧道断面和净空高度不同，接触悬挂有多种不同的方式。隧道架空式接触网又可分为柔性接触和刚性接触。如下图所示：

1.2 接触轨

接触轨，又称第三轨或简称三轨。接触轨系统是沿线路敷设专为电动车辆授给电能的系统。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。接触轨式接触网如下图所示：

1.2.1 上磨式

上部授流方式为接触轨正放，车辆受流器通过与接触轨的上顶面接触获取电能。上磨式优点：结构简单，设备费、维护和更新费用较低。缺点：因结构的局限性，带电接触轨的安全防护性能较差。接触面上积累尘屑，加速接触轨和受流器的磨损，潮湿环境会增加短路故障发生概率。

1.2 .2 下磨式

下部授流方式为接触轨倒放，车辆受流器通过与接触轨的下底面接触获取电能。下部授流方式的优点：接触轨的安装高度及水平方向均可作适度调整，不需要设计多种高度的零部件就可以满足实际需要。下部授流接触轨系统的防护罩对带电接触轨的防护性能更好，带电接触轨不容易被无意识地碰触到，利于人身安全防护。下部接触方式遮挡雨雪、避免尘屑的条件也优于上部接触方式，能较好确保牵引网系统的安全可靠运行。缺点：相对于上部授流接触方式而言，结构较

复杂，设备费、维护和更新费用较高。上磨式、下磨式如下图所示：

1.2.3 侧面接触式

侧部授流方式为接触轨侧放，受流器接触面与道床面垂直。侧面接触式就是接触轨轨头端面朝走行轨，集电靴从侧面受流。侧部授流方式的特点是适用于“牵引轨+回流轨”（即“三轨+四轨”）的布置形式。

2 不同类型接触网可靠性的比较

就柔性接触网、刚性接触网和接触轨相比较，刚性接触网和接触轨比较占优势，特别是接触轨，钢铝复合接触轨的寿命可达到50年以上，且无张力，检修方便，基本不需要更换，可靠性高；刚性接触网次之，汇流排比较轻，导电性能好，不易损坏，换线也方便，脏污速度较慢，接触轨由于接近地面，更易脏污；柔性接触网有断线的危险，换线比较麻烦，且需要多条辅助馈线，接触线驰度大，弹性不均匀，取流效果差，容易发生事故，可靠性较差。

3 接触网类型选择分析

以西安地铁2号线为例进行分析，西安地铁2号线正线采用DC1500V刚性悬挂接触网，车辆段采用DC1500V柔性简单悬挂接触网。首先从电压等级上分析，电压等级越高，功率一定，电流变小，线路损耗与电流平方成正比，相应的线路损耗大幅下降，并且1500 V 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；再者，随着城市规模的扩大，城市人口的增加，我们需要速度及载客量都越来越大的客车，而较高的电压在同等条件下能够传输较大的功率，电压等级提高是必然趋势，所以选用DC1500比DC750要好。再从悬挂形式上分析，首先说车辆段，车辆段车速低，对接触网的要求低，而柔性、刚性和第三轨中，以柔性简单悬挂所需费用最低，所以车辆段为柔性简单悬挂接触网；正线因为车速高、密度大、间隔小，对于设备的安全性可靠性要求比较高，三种形式中刚性接触网和第三轨安全可靠性比柔性接触网要

好，无张力无断线之忧。导流性能上刚性和三轨接触网区别不大，但是三轨接触

网离地面比较近，对轨道信号有一定的不利影响，并且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，所以现在架空刚性接触网目前成为一种趋势，所以西安地铁二号线采用刚性架空接触网与柔性接触网相结合的制式非常科学合理。

4 供电系统的构成

城市轨道交通列车，是以电力为能源的电动车组，列车在运行过程中不断地从牵引网上获取电能，一个安全可靠的供电系统，是保证轨道交通安全运营的首要条件。

牵引网的供电制式主要指电流制、电压等级和馈电方式。目前世界城市轨道交通的直流牵引电压等级,有DC600V、DC750V和DC1500V等多种；我国国家标准<<地铁直流牵引供电系统>>，规定了DC1500V和DC750V两种电压制。

4.1.2 国外情况

（1）供电制式

从1863年伦敦建成世界上第一条地下铁道以来，在近140年的时间内，各国已有近百座城市修建了城市轨道交通。就电压制式而言，在不同的国家和城市，有不同的电压等级。

目前接触网系统的电压等级有DC600V、750V、1100V、1500V和3000V等多种。

接触轨系统的电压等级有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V 、1000V 和1200V等多种。

地铁与轻轨杂志曾介绍过“世界地下铁道概况表“，表中列举的82条快速轨道交通线中。采用接触网馈电的有19条，约占总数的23.2%，采用第三轨馈电的有63条，约占总数的76.8%。

上述情况说明，DC1500V接触网和DC750V第三轨馈电都是可行的。从世界范围来看，采用第三轨馈电的占多数。

（2 ）当前发展趋向

目前，为了降低工程造价，各国城市快速轨道交通有向地面线和高架线发展的趋向。随着人们环保意识的增强，越来越重视轨道交通的城市景观效果，因此，新建的轨道交通系统采用第三轨馈电的日益增多。

例如，1990年建成的新加坡地铁、号称集中了世界最先进的技术，为保护旅游城市环境，采用第三轨馈电。近年新建的吉隆坡轻轨、曼谷地铁、德黑兰地铁，都采用DC750V第三轨馈电。

近年来，有人说第三轨馈电是陈旧落后的技术，接触网是先进技术。这是一种片面的说法。衡量一条地铁是否先进，应该是它的自动化水平高低，计算机技术和信息技术应用程度，以及是否符合环保要求和景观效果，而不是采用了那种供电方式。这种说法对我国城市快速轨道交通的健康发展是十分有害的。

4.1.2 国内情况&

我国自1969年建成北京第一条地下铁道之后，相继已有天津、上海等6个城市的快速轨道交通投入商业运营。其中北京和天津地铁采用DC750V第三轨馈电。上海、广州和大连采用DC1500V接触网馈电。长春轻轨采用DC750V接触网馈电。

5供电可靠性比较

地铁每天运营18小时，必须保证不间断地供电。一旦供电中断，就会造成地铁停运，打乱城市交通秩序。因此，安全可靠的供电是选择供电制式的重要条件。

5.1.1 架空接触网系统

柔性架空接触网结构复杂、固定支持零部件较多。所以薄弱环节也多。一旦某个零部件发生问题，会引起滑触线脱落、甚至发生刮弓等恶性事故。

另外，架空接触网靠导线张力维持其工作状态，经过多年磨损及电弧烧伤，导线的截面会逐渐减小，其强度也随之降低。加上导线材料的缺陷，在拉锚装置及故障电流作用下，极易发生滑触线断线事故。造成地铁停运。

上述架空线事故，国内几家地铁已发生多起。2001年7月上海地铁1号线，因架空线断线，造成部分路段停运近2小时。

香港地铁于八十年代初建成，采用DC1500V架空线供电。建成后多次发生架空线断裂，造成地铁长时间停运，引起地面交通瘫痪的重大事故。

例如，1991年3月12日的香港报纸，曾用醒目标题报导地铁架空线断裂事件：地铁连串故障几瘫痪，引致港九交通大混乱，逾七小时方恢复正常，令五十万乘客受影响。荔景站滞留4小时，乘客获发“证明书”。

报纸还披露地铁1986年在港岛线，1987年在荃湾线，亦曾因接触网故障，造成停运五个半小时以上的事故。

香港1991年6月19日的报纸，报导了九广电气化铁路(九龙—罗湖)因接触网故障，造成停运事故。称：遭截断电线长达一公里，火车瘫痪十二小时，二十五万乘客受影响。

该报纸还刊登了“九铁故障算旧帐”记年表。例举了1982年至1991年该线发生的39起停运事故。其中因架空接触网故障引起的停运事故为14起，占故障总数的35.8%。每次故障停运时间在2—7小时，最长的达12小时。

上述事实说明，架空接触网供电的可靠性较差。一旦发生断线事故，因高空作业也不便于抢修。

5.1.2 接触轨系统

接触轨系统的另部件少，结构比较简单，坚固耐用，不存在断轨和刮碰受流器等事故隐患，北京和天津地铁的三轨系统使用近30年，从未发生过因接触轨故障造成列车停运事故。由此可见，接触轨供电系统的可靠性较高。一旦发生事故，抢修也方便快捷。

6 结语

综上所述,无论架空接触网还是第三轨授电, 柔性悬挂还是刚性悬挂,都因

其不同的特点而应用于不同的城市轨道交通线路,都是可行的牵引接触网形式,在各自的应用领域中仍不断发展进步,存在孰优孰劣的问题。然而因各个城市建设轨道交通的目的、战略意图的不同，接触网制式的选择也有不同。供电安全也是城市轨道交通重要的一个环节，如果不注意使用电，造成严重的惊恐和踩踏事件，甚至发生死亡，为了安全的用电，城市轨道交通的工作人员要不定期排查电缆的破损，进行维护和修理。从技术角度经过综合分析，西安地铁二号线采用DC1500V架空刚性接触网具有一定的优越性。

参考文献

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