新型空轨交通供电关键技术研究

赵麦丽 胥伟 胡文超

【摘 要】结合国内外发展现状，论文阐述了新型空轨的优越性及建设空轨的必要性。针对国内目前筹划新建的空轨工程，对空轨系统组成、供电制式、供电关键技术进行了研究，并进行了比较和分析。此外，根据国外空轨多年运营的经验，对国内空轨建设发展进行思考并提出相关建议，展望了未来空轨的发展方向。

【关键词】空轨;悬挂式轨道交通;供电系统;接触轨;新能源

【中图分类号】U233                                 【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）01-0194-03

1 引言

近年来，随着社会经济快速发展，城市交通矛盾越来越突出。省会城市及经济基础较好的城市，一般采用建设地铁或轻轨等轨道交通形式来缓解交通，而中小城市因经济水平低、人口数量少、城市发展规划受限制等原因，不能达到申请建设地铁或轻轨等轨道交通。空轨（即空中轨道列车），是悬挂式单轨交通系统，因其建设周期快、投资小、占地少、噪音小、景观效果好等优点，能适应中小城市轨道交通发展需要，也可作为地区景观性标志。

国内不少城市已开始规划并加快筹建空轨交通，有效缓解城市交通拥堵的同时，还能降低污染，达到节能环保的目的。

2 国内外发展现状

空轨系统距今已有一百多年的历史，仅有德国和日本有运营线路。

德国是最早建设空轨的国家，世界上第一条空轨线路——乌帕塔尔线，位于德国乌帕塔尔市，全长13km，于1900年建成，日载客量超过70000人，现运营情况良好。德国多特蒙德市，建有2条空轨线路，其中1号线3km，2号线1.05km，均为单线运行。日本在1961年引进空轨相关技术，截至目前已建成并投运4条空轨线路：湘南线、千叶都市1号线、千叶都市2号线、上野动物园悬臂式游园线，其中千叶都市1号线为世界运营长度最长的空轨线路。

经过多年的发展，空轨系统因其独有的优势，逐渐成为国内全新轨道交通项目的重要选择形式。2011年，国内开始引进空轨列车制造技术。青岛四方股份公司内有一段试验线，国内正在研究采用新能源（蓄电池）供电方式的空轨列车，我国首列新能源悬挂式空中列车已在成都双流运行，见下图。目前，空轨项目在国内还尚无运营先例。

3 空轨系统组成及供电制式

空轨系统主要由轨道梁、车站、车辆、供电系统及控制系统等组成[1]。

空轨与传统的轮轨系统设计理念相反，轨道梁处于列车上方，并由钢支柱或混凝土支柱支撑，列车被悬挂并滑动运行。

目前国外运营的空轨项目都采用了DC750V接触轨供电方式，国内青岛四方股份公司内的试验线也采用了接触轨供电方式，我国首列新能源悬挂式空中列车已在成都双流运行。

采用接触轨供电时，接触轨安装于箱梁内部，根据车辆需求确定采用何种受流方式。车辆的受电靴与接触轨接触对列车进行供电。接触轨供电技术安全成熟可靠，运营维护经验丰富，沿线需设牵引变电所以及配合上网电缆敷设路径，初期工程投资较大。

采用蓄电池供电方式时，供电系统需根据行车组织要求在某些车站或车场设置充电装置以满足充电要求。与接触轨供电制式相比，采用蓄电池供电的技术还不够成熟，也无相关类似运营经验，沿线虽不需设置牵引变电所、接触轨及上网电缆，初期投资较小，维护检修工作量较小，但随着线路运营时间增长，蓄电池续航里程会随电池使用时间及充电次数的增加而逐渐减少，后期更换蓄电池的投资将是一笔可观的数目。

空轨项目具体采用何种供电制式，应结合线路特点、车辆选型及外部电源条件统筹考虑。

4 供电系统关键技术研究

4.1 供电方式及中压供电网络方案

空轨系统一般建设在城市，且线路短、运量低、负荷小，采用分散供电方式外部电源投资相对较低，结合城市电网配电网络电压等级多采用10kV，故供电方式一般采用10kV分散式供电方式，10kV供电网络采用分区环网接线方案。

空轨列车由于特殊的结构，列车被架设在空中，虽减少了征地面积，但采用何种分区方案，如何解决并寻找技术经济合理的环网电缆敷设路径直接关系到空轨供电系统可靠性、工程投资、运营维护管理方便性、维护工作量及运营成本的高低[2]。

本文以大邑空轨项目（采用接触轨供电时）为例，提出以下三个10kV分区环网接线方案：

4.1.1 单环网方案

中压网络采用单环网接线形式，即把全线的变电所划分成几个供电分区，每个供电分区的某一個变电所从地方电网引入一回10kV电源，分区内的变电所以单线环网形式连接。具体接线方案见下图。

采用单环网供电方式时，环网电缆敷设数量较少、使用的开关设备数量较少，需要3路10kV外部进线电源，但对于动力照明一二级负荷来说，无第二路备用电源。

4.1.2 双环网方案

中压网络采用双环网接线形式，即把全线的变电所划分成几个供电分区，每个分区的某一个变电所从地方电网引入两回10kV电源，分区内的其他变电所以双环网形式连接。具体接线方案见下图。

采用双环网供电方案时，供电可靠性高，供电质量较好，每座车站及车场设置两台配电变压器，保证了动力照明一二级负荷两路电源的需求。但环网电缆敷设数量是单环网方案的两倍，同时外部进线电源需要4回，比单环网方案增加了1回，城市电网需增加1回10kV馈出线间隔，外部电源投资增加的同时，也提高了环网电缆敷设数量及维护工作量。

4.1.3 单环网+成套三相逆变方案

中压网络采用单环网接线形式，即把全线的变电所划分成几个供电分区，每个供电分区的某一个变电所从地方电网引入一回10kV电源，分区内的变电所以单线环网形式连接。正线每座车站均设置一套成套三相逆变电源装置，为车站动力照明负荷提供第二路电源。具体接线方案见下图。

上述方案，在原单环网方案的基础上，每座车站变电所增设一套成套三相逆变电源装置，配电变压器与成套三相逆变电源装置互为热备用。正常运行方式下，由配电变压器承担全部动力照明负荷，成套三相逆变电源装置处于备用状态，当配电变压器退出运行时，切除该所供电范围内的三级负荷，由成套三相逆变电源装置承担该所供电范围内的动力照明一、二级负荷。

对于车辆基地变电所，当一台配电变压器退出运行时，切除该所供电范围内的三级负荷，由另一台变压器承担该所供电范围内的动力照明一、二级负荷。

4.2 变电所

变电所形式分土建变电所与箱式变电所两种。土建变电所是变电所与空轨车站合建，有利于环网电缆及上网电缆的敷设，运营维护管理与车站同步，但土建面积需求较大。

箱式变电所可设置在车站附近或线路沿线。采用箱式变电所可减少车站面积，降低土建投资，但同时增加了变电所选址的相关工作。

箱式变电所内部平面布置原则上采用标准化设计，使设备布置紧凑、合理，符合变电所设备接线关系，电缆敷设径路顺畅，便于运营管理与维护[3]。

为减少占地面积，综合考虑柜后检修，除变压器外，其他开关设备和控制设备布置采用单列或双列混合近墙布置方式，安装于开关设备隔室内;整流变压器、配电变压器等分别安装于单独的变压器隔室内。

4.3 接触轨

一般接触轨的受流方式分为上部接触受流、下部接触受流及侧部接触受流三种方式。具体采用何种受流方式应根据车辆选型确定。大邑空轨项目采用侧部接触受流方式。接触轨沿轨道箱型梁内侧壁设置，一侧设正极接触轨、另一侧设负极接触轨，正、负极接触轨均绝缘安装。

接触轨主要有C型钢铝复合轨、工字型钢铝复合轨轨、T型汇流排+滑触线等形式。

鉴于C型钢铝复合轨有效受流面宽、满足受流靴安全取流要求;占空小，满足在单轨箱型梁内的安装空间要求，同时，C型钢铝复合轨使用旋转式内卡固定、安装方便、定位准确、安装精度高，推荐空轨项目接触轨采用C型钢铝复合轨。

4.4 电缆敷设

空轨列车悬掛在空中，沿线的环网电缆敷设可采用地面电缆沟或埋管等方式，也可在箱梁上方设置电缆槽。采用地面敷设方式时方便检修，但投资较大，与道路管线存在配合。电缆敷设在箱梁上方的电缆槽中时，应做好从箱变至电缆槽的路径配合，具体根据工程情况确定，这种方式投资较小，但电缆及箱梁的检修工作量较大，维护检修及运营维护管理不便。

5 结语

空轨，作为一种轻型、低运量、建设周期短、建设速度快的轨道交通形式，不仅能满足中小城市居民出行需求，也能极大促进旅游业发展，给游客提供高质量的出行体验。相比传统地铁工程，空轨供电系统设计方案灵活，可根据线路特点、车辆选型及城市外部电源条件等进行有针对性的设计，以达到安全可靠、节能环保、维护方便、节约投资的目的。

【参考文献】

【1】陈心怡.空轨—开拓空中交通轨道[J].今日科技，2012（03）：38-41.

【2】顾文钊，谢明海，曹从勇.中小型城市发展空轨交通的可行性分析[J].城市公共交通，2014（01）：26-30.

【3】秦武.空中轨道交通系统的适用性分析[J].城市公用事业，2012（06）：17-21.