有轨电车的牵引供电方式分析探讨

邵春庆

中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司西安分公司 陕西 西安 710061

引言

有轨电车作为一种历史悠久的交通工具，在我国的城市公共交通体系中曾经占有一席之地，后来，随着社会的发展，传统的有轨电车因为轨道和线路铺设等问题，影响了城市的发展而一度销声匿迹。现在，随着有轨电车技术的不断提高和城市交通压力的进一步加大，这种运载量大，高效便捷，节能环保的交通工具有一次出现在了人们的视野中，开始成为城市公共交通的解决方案之一。[1]

1 有轨电车牵引供电方式的发展现状

传统的有轨电车，通常采用架空接触网作为牵引供电方式。这种方式采用架空接触网和钢轨最为车辆运行的两大基础设施，架空接触网负责供电，钢轨用于电流回流。这种方式结构简单、技术成熟，已经在有轨电车领域进行了广泛的应用，但是这种方式对于运行基础设施的投入较大，而且大量的架空线路对于城市的市容市貌带来了负面影响，因此制约了有轨电车的发展。[2]

为了解决架空接触网方式的种种弊端，近年来随着各大厂商对车辆技术和供电技术研发的不断投入，有轨电车的牵引供电技术取得了显著的进步。针对传统的皆空接触网技术与城市市容市貌之间的矛盾，新技术提出了三种解决方案。一是保留架空线路，但是对线路本身进行美化设计，使其有效的融入城市环境，降低对于周围环境的影响。第二是将有轨电车的供电装置布置在地面，这样一来就实现了城市空域的整理整洁，与此同时，采用分段供电等方案，解决地面供电的安全问题。第三是开发车辆储能装置，使电车能够采用车辆的自备能源行使，从而摆脱供电线路的束缚，减少线路的影响。[3]

2 新型牵引供电技术介绍

（1）APS系统。APS系统属于无架空接触网供电系统，采用地面接触轨供电，钢轨回流的方式。APS系统主要分为接触轨、支架、直流配电单元、直流监控系统几大部分。APS系统的供电轨布设于两条平行的行走轨道之间，供电轨并非连续铺设，而是根据一定的长度分段铺设，两端供电轨之间保持绝缘，从而防止出现触电意外。电车上安装专用的受电靴，用于车辆从供电轨上取电。在轨道沿线每个一段距离设置一个控制箱，当检测到车辆行经每个区段后，负责控制该段的控制箱接收到车辆的信号，想该段接触轨供电，其余部分的接触轨保持绝缘，从而保证用电安全，防止发生触电事故。[4]

APS系统采用了新型的地面接触轨供电技术，从而避免了传统牵引供电系统所使用的架空线路对于城市景观的破坏，对于在城市特殊景观地区采用有轨电车作为公共交通解决方案提供了可能性。除此之外，APS系统还具有较高的灵活性，可以与多种方案进行结合，例如与传统架空线路结合使用，在特殊景观保护区域使用地面供电轨，在普通地区采用架空线路供电。

APS系统虽然能够有效的减少对于城市市容市貌的影响，但是由于地面供电的特殊性，因此对于供电线路附近的安全性、排水性、可靠性等具有很高的要求，另外，该系统需要在沿线埋设大量的信号接收控制设备，对于施工要求较高，也需要大量的成本。[5]目前，APS系统的造价约合4000至5000万每公里，如果大量投入使用，会对于城市财政造成一定影响。

（2）PRIMOVE系统。该系统由庞巴迪公司研发，是一种非接触式供电技术。该系统在电车线路经过的地面铺设感应线圈，采用非接触的方式向车辆供电。主要利用了电能与磁场相互转化的原理，当感应系统检测到电车经过线圈时想线圈供电，线圈通电后被后车辆底部安装的受留感知系统转化成电能供应给车辆的动力系统。

PRIMOVE系统巧妙利用了电磁感应原理，使得车辆能够在运动和静止两种状态下进行充电。该系统适应柏油路、水泥路、石板路等多种路面条件，避免了架空线路问题，同时供电安全系数更高，对放水、绝缘要求较低。但是该系统的安装维护成本较高，大规模应用同样会造成财政压力。

（3）Tramwave系统。该系统也是一种接触试的地面供电系统。安装在地面的供电导轨是柔性永磁材质，预制配套的车辆受电靴也是磁性材质，因此，在车辆经过供电导轨上方时，会吸引柔性导轨产生形变上升，从而与受电靴产生接触实现供电。当受电靴离开该段供电导轨后，导轨受重力作用，自然落回地面，导轨表面断电，保证周围人员的安全。

该系统相对于PRIMOVE系统，其供电控制更加简单，能够做到更加安全的防触电保护，但是目前，该项技术还处在研发阶段，某些问题尚待解决，相信不就得将来这项技术就能够投入使用，为有轨电车这一交通方式提供更加安全的供电方式。

（4）储能式供电系统。储能式供电是现代电动汽车的设计理念在有轨电车上的延伸应用。随着电动车辆技术的发展，锂电池、氢燃料电池、超级电容等储电技术及其控制技术得到了空前的发展。现代有轨电车通常采用的是交流传动技术，车载储能装置能够将车辆制动、车辆下坡时产生的摩擦和重力势能等能量转化为电能储存起来，作为电车的形式能源进行使用。储能式有对电车能够彻底解决车辆供电基础设施的建设问题，能够在不方面进行供电设施施工的区域采用储能式供电车辆进行运营。

储能式供电技术采用的是车辆本身的携带的能源作为动力，与依靠线路进行实时供电的方式有着本质的区别。储能式供电系统，彻底消除了电车的架空线路对于城市环境的影响，避免了大量供电线路的潜在安全问题，适应于各种地形环境，是现代有轨电车牵引供电的一个重要发展方向。但是这种方式也有着一些现阶段难以克服的弊端。

总之。随着各类牵引供电技术的发展，有轨电车必将作为一种优秀的交通解决方案，服务于城市公共交通建设。