城市轨道交通接触轨受流方案分析探讨

王磊

摘要：城市轨道交通在近几年的发展中迎来了良好契机，而城市轨道交通供电方式的好坏决定了城市轨道交通运行效率的高低。文章从接触轨电压等级和接触轨材料等方面阐述了城市轨道交通接触轨的应用现状和发展趋势，对比分析了接触轨供电的上部、下部、侧面三种受流方式的特点，基于应用对比研究表明：在受流性能和安全性方面，下部受流方式更优异于上部受流方式。

关键词：城市轨道交通;接触轨;受流方式

中图分类号：TU111 文献标志码：A

城市轨道交通系统主要由地铁、有轨电车和轻轨三大类构成。根据韩宝明等人对世界城市轨道交通运营进行统计分析：截至2018年底，全球已开通了城市轨道交通系统的有72个国家和地区的493座城市，总运营里程超过了26100km，车站总量超过了26900座，其中地铁、有轨电车和轻轨分别占54%、41%和5%。中国城市轨道交通线路共187条，运营里程达5766.7km，运送客流超过184.4亿人次，中国线网规模和客流规模居全球第一，其中地铁里程占比最大，高达87%。目前城市轨道交通的供电方式普遍采用架空接触网和接触轨两种，接触轨供电方式具有可靠性较高，使用寿命长，抢修和维护便捷，维修和土建费用低等优点，且随着人们环保意识的增强，城市越来越重视轨道交通的城市景观效果，新建的轨道交通系统采用接触轨供电方式日益增多。因此，文章将结合国内外的运营应用经验，对接触轨受流方案进行分析，为城市轨道交通接触轨受电技术方案选择提出建议。

1接触轨概述

城市轨道交通牵引供电系统大部分使用的都是直流供电制，其牵引供电回路原理如图1所示：牵引变电所→馈电线→接触网（轨）→电动列车→回流轨（回流线）→牵引变电所负极。

接触轨与架空接触网的不同之处在于，接触轨是顺着轨道铺设的与线路相平行的一条受电轨，通过列车转向架伸出的集电靴与接触轨进行接触来获取电能，如图2所示。接触轨供电方式最是早应用于英国伦敦地铁，由于接触轨结构简单、安装方便、可维修性好、可降低隧道的盾构半径节省建设初期的成本运算、后期维修量小、不影响城市景观等优点，在世界各国均广泛应用。

2接触轨受流方案分析

2.1电压等级

现代城市轨道交通系统中大多采用直流电，国内外对采用供电电压等级均有标准要求。国际电工委员会（IEC 850标准）、国际铁路联盟（uIc 600标准）以及欧洲标准化委员会（EN 1435标准）等标准明确规定未来的有轨电车和铁路馈电的直流牵引系统必须在DC750V、DCl500V，DC3000V中选择。对于国内而言，《GB 10411-2005城市轨道交通直流牵引供电系统》、《GB 50157-3013地铁设计规范》和《GB 5951-1986城市无轨电车和有轨电车供电系统》标准规定地铁直流牵引系统可在标称电压值为750v和1500v中选择;有轨电车和无轨电车直流供电系统则推荐采用DC750V。

国外目前应用接触轨电压一般在DCl 000v以下，国内接触轨系统一般为DC750V，近年来国内也出现了DCl 500V的接触轨。表1对比分析了DC750V和DCl 500V的两种接触轨电压等级的技术经济指标。

由表1可知：对于同一条线路，接触轨采用DCl 500V比DC750V所需的牵引变电所数量可以减少，具有明显的经济效益优势。随着城市轨道交通发展的提速、人口向大都市圈的涌人以及技术的不断进步，城市轨道交通系统正向着DC3000V的方向发展，目前欧洲一些的干线电气化铁路已有采用DC3000V供电制式，技术相对成熟。

2.2接触轨材料

接触轨的材料有低碳钢和钢铝复合材料两种。接触轨早期普遍采用低碳钢材料，随着工业技术的不断进步，国内外新建的城市轨道交通系统开始采用一种全新的钢铝复合接触轨来替代低碳钢。低碳钢接触轨和钢铝复合接触轨在技术经济指标上有较大差异。钢铝复合接触轨具有安装重量轻、载流量大、导电性能好、供电距离长、运营可靠、电能损耗少等优点，可减轻运行时对轨枕的压力。尽管目前钢铝复合轨比低碳钢投入成本高，但其机械和电气性能优势明显，且随着技术和工艺的不断进步，成本将会逐渐降低，未来将具有更广阔的应用前景。

钢铝复合接触轨是通过某种复合方式将钢带和铝合金本体结合在一起的接触轨，地铁车辆通过集电靴与接触轨钢带接触完成受电，目前钢铝复合接触轨有3种典型制备工艺，见表2所列。

2.3接触轨受流方式

接触轨受流方式主要有上部受流、下部受流和侧面受流三种方式。

侧面受流方式对线路限界要求小，受电面不易附着磨屑、尘土、冰雪等杂物。但加装防护罩较困难，安全.性稍差。侧面受流方式在国外通常用于限界条件较差的旧线改造工程，目前国内仅有重庆轻轨采用类似侧面受流系统。

按照我国现行的国家标准，采用B1型车辆的受流方式仅采用上部和下部受流方式，两者在产品性能、工程投资、安全性以及维护等方面的比较见表3所列。

从表3中可以看出，接触轨上部和下部受流方式在使用寿命、经济性和维护工作量等方面基本相当，但是在受流性能、安全性和耐候性等方面：下部受流方式更优异于上部受流方式。在现在这个以人为本的社会中，安全就显的尤为重要，所以下部受流方式更能体现出城市轨道交通接触轨系统的优越性。

3結论

通过上述分析并结合国内外的应用经验，得出如下建议。

（1）对于超大运量的轨道交通体系宜采用DC3000V电压等级，大运量轨道交通体系适宜采用DCI 500V电压等级，而DC750V电压等级适用于中等运量体系。

（2）新建城市轨道交通系统的接触轨材料宜选用钢铝复合接触轨或性能更加优异的新型材料。

（3）与接触轨其他受流方式相比，考虑到受流质量、耐候性和安全性等因素，宜优先采用下部受流方式。

城市轨道交通接触轨采用何种受流方式要从每个城市自身实际情况出发，综合考虑城市轨道交通功能要求、城市整体规划、费用预算、城市定位和技术成熟性等综合因素;同时应注意到城市轨道交通线路的相对独立性，根据城市轨道交通各线路的客流量预测值、出行时间要求、电动客车类型和列车编组数量以及其他因素等，科学合理地选择城市轨道交通各线路的供电电压等级、接触轨材料和受流方式，并且不断提高运营管理和维护技术水平以满足不同供电制式要求。