1、城市軌道交通供電制式分析探討        摘要：本文介紹了國外快速軌道的供電制式情況，總的來看，采用DC 750V電壓第三軌饋電的，占76.8%。采用DC 1500V電壓架空接觸網饋電約占23.2%。  文章還對城市軌道交通的兩種供電方式，進行了分析比較。認為在設備投資方面，DC1500V接觸網供電系統與DC750V第三軌供電系統基本持平。DC750V第三軌系統具有6大優點：施工安裝和故障搶修方便、區間隧道土建費用低、供電可靠性高、使用壽命長、維修工作量小，維修費用低和城市景觀效果好。快速軌道交通作為一

2、種化的交通設施，在建設中人們對于城市景觀效果、保護環境越來越重視。       關鍵詞：電流   電壓  第三軌  接觸網  饋電方式,安全  景觀 1 城市軌道交通供電制式簡述1.1供電系統的構成      城市軌道交通列車，是以電力為能源的電動車組，列車在運行過程中不斷地從牽引網上獲取電能，一個安全可靠的供電系統，是保證軌道交通安全運營的首要條件。      城市軌道交通的

3、供電系統，由變電所、接觸網(接觸軌)和回流網三部分構成。變電所通過接觸網(接觸軌)，由車輛受電器向電動客車饋送電能，回流網是牽引電流返回變電所的導體。      牽引網的供電制式主要指電流制、電壓等級和饋電方式。目前世界城市軌道交通的直流牽引電壓等級,有DC600V、DC750V和DC1500V等多種；我國國家標準<<地鐵直流牽引供電系統>>，規定了DC1500V和DC750V兩種電壓制。      牽引網的饋電方式分為架空接觸網和接觸軌兩種基本類型。其中電壓制與饋電方式

4、是密不可分的。一般DC1500V電壓采用架空接觸網饋電方式。DC750V電壓采用第三軌饋電方式。1.2供電制式選擇原則：      在選擇城市快速軌道交通供電制式時應遵循以下原則：      1 供電制式與客流量相適應      客流量是軌道交通設計的基礎。根據預測客流量大小，選擇適用的電動客車類型和列車編組數量，一般大運量的軌道交通系統，采用DC1500V電壓和架空接觸網饋電，中運量的系統采用DC750V和接觸軌饋電方式。  

5、;    2 供電安全可靠      地下鐵道是城市交通的骨干，一但牽引網發生故障，造成列車停運，就會影響市民出行，引起城市交通混亂。因此，安全可靠是選擇供電制式的最重要條件。      3 便于安裝和事故搶修。      選用的牽引網應便于施工安裝和日常維修，一但發生牽引網故障，應便于搶修，盡快恢復運營。      4 牽引網使用壽命長，維修工作量小，是降低軌道交通

6、運營成本的重要條件。      5 城市軌道交通是城市的基礎設施，應注重環境和景觀效果。2 國內外軌道交通供電制式的應用情況2.1國外情況      1供電制式      從1863年倫敦建成世界上第一條地下鐵道以來，在近140年的時間內，各國已有近百座城市修建了城市軌道交通。就電壓制式而言，在不同的國家和城市，有不同的電壓等級。       目前接觸網系統的電壓等級有DC600V、750V、11

7、00V、1500V和3000V等多種。      接觸軌系統的電壓等級有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V 、1000V和1200V等多種。      地鐵與輕軌雜志曾介紹過“世界地下鐵道概況表“，表中列舉的82條快速軌道交通線中。采用接觸網饋電的有19條，約占總數的23.2%，采用第三軌饋電的有63條，約占總數的76.8%。      上述情況說明，DC1500V接觸網和DC750V第三軌饋電都是可行的。從世界范圍來

8、看，采用第三軌饋電的占多數。      2 當前趨向      目前，為了降低工程造價，各國城市快速軌道交通有向地面線和高架線發展的趨向。隨著人們環保意識的增強，越來越重視軌道交通的城市景觀效果，因此，新建的軌道交通系統采用第三軌饋電的日益增多。      例如，1990年建成的新加坡地鐵、號稱集中了世界最先進的技術，為保護城市環境，采用第三軌饋電。近年新建的吉隆坡輕軌、曼谷地鐵、德黑蘭地鐵，都采用DC750V第三軌饋電。  

9、    近年來，有人說第三軌饋電是陳舊落后的技術，接觸網是先進技術。這是一種片面的說法。衡量一條地鐵是否先進，應該是它的自動化水平高低，機技術和信息技術應用程度，以及是否符合環保要求和景觀效果，而不是采用了那種供電方式。這種說法對我國城市快速軌道交通的健康發展是十分有害的。2.2.國內情況      我國自1969年建成北京第一條地下鐵道之后，相繼已有天津、上海等6個城市的快速軌道交通投入商業運營。其中北京和天津地鐵采用DC750V第三軌饋電。上海、廣州和大連采用DC1500V接觸網饋電。長春輕軌采用DC750V接

10、觸網饋電。      正在籌建或將要運營的軌道交通的城市，南京和深圳地鐵采用DC1500V接觸網饋電。蘇州、杭州、武漢和青島采用DC750V第三軌饋電。3 兩種供電制式分析比較3.1設備施工安裝比較      架空接觸網懸掛在鋼軌軌面上方4040mm處。由承力索、滑觸線、饋電線、架空地接、絕緣子、支柱、支持與懸掛另部件、隔離開關、電纜及拉錨裝置等組成，結構比較復雜。另部件較多。      架空接觸網施工安裝時，因作業面較高，作業不方便，安裝調整比

11、較困難。需要使用專用的架線車和大型機具，施工費用較高。      第三軌安裝在車輛走行軌外側700mm處,高出軌面140mm。由導電接觸軌、絕緣子、絕緣支架、防護罩、隔離開關和電纜組成，結構比較簡單，另部件較少。第三軌安裝高度較低，鋼鋁復合接觸軌每延米重量為14.25kg，施工安裝方便，施工機具簡單，施工安裝費用較低。3.2設備投資比較      現以青島地鐵為例，對兩種供電制式的設備投資進行比較。青島地鐵第一期工程長約16.455km，全部為地下線，設13座車站。采用以主變電所為主的混合式供電

12、方案。除去兩種供電制式相同部分設備的投資 (2座主變電所、車輛段的1座牽引降壓混合變電所和兩座降壓變電所、10kV電纜)，對兩種供電制式下可比部分的設備投資比較如下：          1 DC1500V架空接觸網方案，      青島地鐵第一期工程，采用DC1500V架空接觸網方案，正線上設牽引降壓混合變電所6座，設降壓變電所7座。      按牽引降壓混合變電所每座造價1000萬元，降壓變電所每座造價400 萬元

13、，架空接觸網（柔性隧道內）每公里造價165萬元計算，系統中可比部分的造價為14262萬元。      2 DC750V低碳鋼接觸軌方案      采用DC750V低碳鋼接觸軌方案，正線上設9座牽引降壓混合變電所，設4座降壓變電所。該方案變電所的單價與DC1500V架空接觸網方案相同，接觸軌每公里造價按103萬元計算，系統中可比部分的造價為14009萬元。      3 DC750V鋼鋁復合接觸軌方案    

14、  鋼鋁復合接觸軌是由不銹鋼帶，通過機械方法，與鋁合金型材相結合制成的接觸軌。其特點一是重量輕，每延米重14.75kg；二是電阻率低，牽引網損耗小；三是供電距離較長。      青島地鐵第一期工程，采用DC750V鋼鋁復合接觸軌方案，正線上設7座牽引降壓混合變電所(接觸網方案為6座)，設6座降壓變電所。鋼鋁接觸軌每公里造價按125萬元計算。系統中可比部分的造價為13538萬元。      由此可見，以設備投資而論，架空接觸網方案和低碳鋼接觸軌方案基本持平。鋼鋁復合接觸軌方案造價最低。3

15、.3供電可靠性比較      地鐵每天運營18小時，必須保證不間斷地供電。一旦供電中斷，就會造成地鐵停運，打亂城市交通秩序。因此，安全可靠的供電是選擇供電制式的重要條件。       1 架空接觸網系統      柔性架空接觸網結構復雜、固定支持零部件較多。所以薄弱環節也多。一旦某個零部件發生問題，會引起滑觸線脫落、甚至發生刮弓等惡性事故。      另外，架空接觸網靠導線張力維持其工作狀態，經過

16、多年磨損及電弧燒傷，導線的截面會逐漸減小，其強度也隨之降低。加上導線材料的缺陷，在拉錨裝置及故障電流作用下，極易發生滑觸線斷線事故。造成地鐵停運。          上述架空線事故，國內幾家地鐵已發生多起。2001年7月上海地鐵1號線，因架空線斷線，造成部分路段停運近2小時。      香港地鐵于八十年代初建成，采用DC1500V架空線供電。建成后多次發生架空線斷裂，造成地鐵長時間停運，引起地面交通癱瘓的重大事故。1     

17、          例如，1991年3月12日的香港報紙，曾用醒目標題報導地鐵架空線斷裂事件：地鐵連串故障幾癱瘓，引致港九大混亂，逾七小時方恢復正常，令五十萬乘客受影響。荔景站滯留4小時，乘客獲發“證明書”。      報紙還披露地鐵1986年在港島線，1987年在荃灣線，亦曾因接觸網故障，造成停運五個半小時以上的事故。      香港1991年6月19日的報紙，報導了九廣電氣化鐵路(九龍羅湖)因接觸網故障

18、，造成停運事故。稱：遭截斷電線長達一公里，火車癱瘓十二小時，二十五萬乘客受影響。      該報紙還刊登了“九鐵故障算舊帳”記年表。例舉了1982年至1991年該線發生的39起停運事故。其中因架空接觸網故障引起的停運事故為14起，占故障總數的35.8%。每次故障停運時間在27小時，最長的達12小時。      上述事實說明，架空接觸網供電的可靠性較差。一旦發生斷線事故，因高空作業也不便于搶修。      2 接觸軌系統  &#

19、160;   接觸軌系統的另部件少，結構比較簡單，堅固耐用，不存在斷軌和刮碰受流器等事故隱患，北京和天津地鐵的三軌系統使用近30年，從未發生過因接觸軌故障造成列車停運事故。由此可見，接觸軌供電系統的可靠性較高。一旦發生事故，搶修也方便快捷。3.4使用壽命比較      接觸網的使用壽命，關系到接觸網更新改造的再投資。根據我國電氣化鐵路的規定，接觸網導線斷面允許磨耗量為33%，磨耗到限的導線必須及時更換。按此標準，國產架空接觸導線的設計使用壽命為15年，實際使用壽命可能略大一些。進口接觸線的使用壽命可達20年。就是說采用架空接

20、觸網供電，系統每隔1520年就需要更換一次滑觸導線。      接觸軌的特點是堅固耐磨，使用壽命長。我國地鐵考查人員在倫敦地鐵看到了使用100年的第三軌。前幾年，北京地鐵曾對低碳鋼接觸軌磨耗狀況進行過檢測，經過20多年的運營，其磨耗量不到5%。按此推算接觸軌使用100年其磨耗量也不到25%。      與此相比，架空接觸網在100年內須更換56次滑觸線。運營單位需要一次次地再投入資金。      因此，從使用壽命和節約投資考慮，接觸軌方案具有較大

21、優勢。   3.5 維修及管理費用比較      1 架空接觸網系統      架空接觸網在運營中維修調整工作量較大，需要組建接觸網維修工區。按照國家電氣化鐵路規定，一個接觸網工區定員需25人，配備專用的接觸網檢查車，承擔10km左右線路接觸網的維修任務。按此，一條20km長的地鐵，需要設2個接觸網工區，定員約50人。      接觸網工區的車輛、機具設備、以及人員工資福利等，使運營管理單位每年要付出一筆很大的維修費用及管理費

22、用。      另外，在日常運營中，若接觸網發生斷線事故，接觸網維修車無法開進隧道內，全靠人工搶修。由于作業面高，搶修很困難。香港地鐵最長的搶修時間達12小時。       2 接觸軌系統      采用第三軌供電，其結構簡單堅固耐用，幾乎不用維修。北京地鐵沒有專職的三軌維修人員。由線路維修人員兼顧三軌維修。      平常三軌維修的內容有，擦拭絕緣瓷瓶、檢查饋電線接頭焊點、調整三軌安裝位置、檢查

23、防爬設備、調整三軌彎頭。，這些簡單的維修工作，不需要大型機具設備，所花維修費用較少。因為三軌堅固耐用，也不存在斷軌搶修問題。3.6土建費用比較      快速軌道交通的土建費用，與工程地質條件和施工方法有關。地下車站明挖施工，與供電制式無關，盾構法施工的區間隧道斷面，兩種供電制式相同，不需要進行比較。      用明挖法施工的區間隧道，兩種供電制式的凈空高度不同，具有可比性。      我國地下鐵道限界標準規定，DC1500V架空線系統的隧道凈空

24、高度為4.5m；DC750V三軌系統的隧道凈空高度為4.2m。二者相差0.3m。       按此計算，DC750V三軌系統，每延米區間隧道(雙線)，可節約鋼筋混凝土0.42m3， 每公里隧道可節約投資46萬元。      用礦山法施工的直墻拱型隧道，DC1500V系統與DC 750V系統，凈空高度相差0.25m。每公里隧道減少開挖量2350m3，可節約投資約70萬元。3.7城市景觀效果比較      隨著人們環保意識的增強，越來越重視城市環境和

25、景觀。上海地鐵3號線建成以后，人們開始反思架空接觸網對城市景觀的負面影響，實際上這個問題十年以前，在國外已經引起重視。      1990年建成的新加坡地鐵67km線路，1998年馬來西亞吉隆坡建成的兩條高架輕軌，以及1999年建成的泰國曼谷輕軌，從城市景觀效果考慮，均采用第三軌饋電。      北京地鐵13號線，以地面線和高架線為主，采用第三軌饋電。其景觀效果受到了市民的稱贊。      前年在杭州地鐵的一次評審會上，上海某知名專家，就供電方式問題發表了自己的看法。他說：上海地鐵1號線當時預測的客流量較大，選用A型車8輛編組，車組重量達440t。按照這樣大的負荷確定系統采用DC1500V架空線供電。