城市轨道交通供电制式分析探讨.docx

城市轨道交通供电制式分析探讨 摘要：本文介绍了国外快速轨道交通的供电制式情况，总的来看，采用DC 750V电压第三轨馈电的，占76.8%采用DC 1500V电压架空接触网馈电约占23.2% 文章还对城市轨道交通的两种供电方式，进行了分析比较认为在设备投资方面，DC1500V接触网供电系统与DC750V第三轨供电系统基本持平DC750V第三轨系统具有6大优点：施工安装和故障抢修方便、区间隧道土建费用低、供电可靠性高、使用寿命长、维修工作量小，维修费用低和城市景观效果好快速轨道交通作为一种现代化的交通设施，在建设中人们对于城市景观效果、保护环境越来越重视 　　 关键词：电流 电压 第三轨 接触网 馈电方式，安全 景观 1 城市轨道交通供电制式简述1.1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　　 城市轨道交通的供电系统，由变电所、接触网(接触轨)和回流网三部分构成变电所通过接触网(接触轨)，由车辆受电器向电动客车馈送电能，回流网是牵引电流返回变电所的导体。

　　 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　　 牵引网的馈电方式分为架空接触网和接触轨两种基本类型其中电压制与馈电方式是密不可分的一般DC1500V电压采用架空接触网馈电方式DC750V电压采用第三轨馈电方式1.2供电制式选择原则：　　 在选择城市快速轨道交通供电制式时应遵循以下原则：　　 1 供电制式与客流量相适应　　 客流量是轨道交通设计的基础根据预测客流量大小，选择适用的电动客车类型和列车编组数量，一般大运量的轨道交通系统，采用DC1500V电压和架空接触网馈电，中运量的系统采用DC750V和接触轨馈电方式　　 2 供电安全可靠　　 地下铁道是城市交通的骨干，一但牵引网发生故障，造成列车停运，就会影响市民出行，引起城市交通混乱因此，安全可靠是选择供电制式的最重要条件　　 3 便于安装和事故抢修　　 选用的牵引网应便于施工安装和日常维修，一但发生牵引网故障，应便于抢修，尽快恢复运营。

　　 4 牵引网使用寿命长，维修工作量小，是降低轨道交通运营成本的重要条件　　 5 城市轨道交通是城市的基础设施，应注重环境和景观效果2 国内外轨道交通供电制式的应用情况2.1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2.2.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　　 正在筹建或将要运营的轨道交通的城市，南京和深圳地铁采用DC1500V接触网馈电苏州、杭州、武汉和青岛采用DC750V第三轨馈电3 两种供电制式分析比较3.1设备施工安装比较　　 架空接触网悬挂在钢轨轨面上方4040mm处由承力索、滑触线、馈电线、架空地接、绝缘子、支柱、支持与悬挂另部件、隔离开关、电缆及拉锚装置等组成，结构比较复杂。

另部件较多　　 架空接触网施工安装时，因作业面较高，作业不方便，安装调整比较困难需要使用专用的架线车和大型机具，施工费用较高　　 第三轨安装在车辆走行轨外侧700mm处，高出轨面140mm由导电接触轨、绝缘子、绝缘支架、防护罩、隔离开关和电缆组成，结构比较简单，另部件较少第三轨安装高度较低，钢铝复合接触轨每延米重量为14.25kg，施工安装方便，施工机具简单，施工安装费用较低3.2设备投资比较　　 现以青岛地铁为例，对两种供电制式的设备投资进行比较青岛地铁第一期工程长约16.455km，全部为地下线，设13座车站采用以主变电所为主的混合式供电方案除去两种供电制式相同部分设备的投资 (2座主变电所、车辆段的1座牵引降压混合变电所和两座降压变电所、10kV电缆网络)，对两种供电制式下可比部分的设备投资比较如下：　　　　 1 DC1500V架空接触网方案，　　 青岛地铁第一期工程，采用DC1500V架空接触网方案，正线上设牵引降压混合变电所6座，设降压变电所7座　　 按牵引降压混合变电所每座造价1000万元，降压变电所每座造价400 万元，架空接触网（柔性隧道内）每公里造价165万元计算，系统中可比部分的造价为14262万元。

　　 2 DC750V低碳钢接触轨方案　　 采用DC750V低碳钢接触轨方案，正线上设9座牵引降压混合变电所，设4座降压变电所该方案变电所的单价与DC1500V架空接触网方案相同，接触轨每公里造价按103万元计算，系统中可比部分的造价为14009万元　　 3 DC750V钢铝复合接触轨方案　　 钢铝复合接触轨是由不锈钢带，通过机械方法，与铝合金型材相结合制成的接触轨其特点一是重量轻，每延米重14.75kg；二是电阻率低，牵引网损耗小；三是供电距离较长　　 青岛地铁第一期工程，采用DC750V钢铝复合接触轨方案，正线上设7座牵引降压混合变电所(接触网方案为6座)，设6座降压变电所钢铝接触轨每公里造价按125万元计算系统中可比部分的造价为13538万元　　 由此可见，以设备投资而论，架空接触网方案和低碳钢接触轨方案基本持平钢铝复合接触轨方案造价最低3.3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 　　 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　　 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3.4使用寿命比较　　 接触网的使用寿命，关系到接触网更新改造的再投资根据我国电气化铁路的规定，接触网导线断面允许磨耗量为33%，磨耗到限的导线必须及时更换按此标准，国产架空接触导线的设计使用寿命为15年，实际使用寿命可能略大一些进口接触线的使用寿命可达20年就是说采用架空接触网供电，系统每隔15—20年就需要更换一次滑触导线　　 接触轨的特点是坚固耐磨，使用寿命长我国地铁考查人员在伦敦地铁看到了使用100年的第三轨前几年，北京地铁曾对低碳钢接触轨磨耗状况进行过检测，经过20多年的运营，其磨耗量不到5%。

按此推算接触轨使用100年其磨耗量也不到25%　　 与此相比，架空接触网在100年内须更换5—6次滑触线运营单位需要一次次地再投入资金　　 因此，从使用寿命和节约投资考虑，接触轨方案具有较大优势 3.5 维修及管理费用比较　　 1 架空接触网系统　　 架空接触网在运营中维修调整工作量较大，需要组建接触网维修工区按照国家电气化铁路规定，一个接触网工区定员需25人，配备专用的接触网检查车，承担10km左右线路接触网的维修任务按此计算，一条20km长的地铁，需要设2个接触网工区，定员约50人　　 接触网工区的车辆、机具设备、以及人员工资福利等，使运营管理单位每年要付出一笔很大的维修费用及管理费用　　 另外，在日常运营中，若接触网发生断线事故，接触网维修车无法开进隧道内，全靠人工抢修由于作业面高，抢修很困难香港地铁最长的抢修时间达12小时 　　 2 接触轨系统　　 采用第三轨供电，其结构简单坚固耐用，几乎不用维修北京地铁没有专职的三轨维修人员由线路维修人员兼顾三轨维修　　 平常三轨维修的内容有，擦拭绝缘瓷瓶、检查馈电线接头焊点、调整三轨安装位置、检查防爬设备、调整三轨弯头。

这些简单的维修工作，不需要大型机具设备，所花维修费用较少因为三轨坚固耐用，也不存在断轨抢修问题3.6土建费用比较　　 快速轨道交通的土建费用，与工程地质条件和施工方法有关地下车站明挖施工，与供电制式无关，盾构法施工的区间隧道断面，。