車輛段接觸軌和架空柔性系統比較分析

張海峰

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

目前國內采用DC1500V鋼鋁復合接觸軌系統有兩種方案：a）正線和車輛段、停車場均采用DC1500V 鋼鋁復合接觸軌系統；b）正線采用DC1500V鋼鋁復合接觸軌，車輛段、停車場采用DC1500V架空接觸網系統。兩種方案對變電所的布局沒有影響，區別在于車輛段采用接觸軌系統還是架空接觸網系統。

車輛段采用接觸軌和架空柔性懸掛，技術都已經很成熟，在國內外各大城市軌道交通中得到普遍的實施。如北京地鐵1、2、5、10、13號線和在建的各地鐵項目采用DC750 接觸軌系統，廣州M1、M2、M3和天津、武漢等諸多城市均采用車輛段內接觸軌系統；重慶、長春、寧波、鄭州、廣州M4、M5、M6和上海地鐵投入運營線路M1線、M2線、明珠線一期、辛閔線、共和新路線，以及在建線路明珠線二期、M7 線、M8線、L4線、M9線、M2線西延線、M3線北延線等項目車輛段均采用DC1500V 架空柔性懸掛系統。

對于在DC1500V條件下車輛段采用接觸軌系統還是架空柔性系統的問題，近年來很多接觸網專業的專家進行了相應的比較研究，取得了很多成果。在此筆者從技術、經濟、國產化和維管等方面就車輛段內采用接觸軌還是架空柔性懸掛方式進行比較分析，以起到拋磚引玉的作用。

1 系統基礎條件

系統電壓為DC1500V；接觸軌系統為采用上部或下部授流方式，全線設置防護罩，鋼鋁復合接觸軌的載流量為3 000A，電阻為0.008Ω/m；架空接觸網系統在車輛段采用柔性簡單鏈形懸掛，銀銅導線CHAH120，電阻為0.024Ω/m。

2 技術數據比較

2.1 結構形式

DC1500V接觸軌上、下部授流方式結構簡單。遮擋雨雪、避免塵屑的條件也優于架空接觸網形式，受氣候條件的影響也小，能確保牽引網系統的安全可靠運行。而且維護人員不需清理接觸軌表面，維修工作量小，便于運營維護（見圖1）。

柔性架空接觸網的結構復雜，即使車輛段采用簡單鏈形懸掛，它的結構形式依然比接觸軌授流方式復雜（見圖2）。

2.2 供電可靠性

DC1500V接觸軌下部授流方式結構簡單，接觸軌被防護罩三面防護，能遮擋雨雪、避免塵屑，受氣候條件的影響也小，能確保牽引網系統的安全可靠運行。

柔性架空接觸網受氣候影響較大，特別是大雪和大風。但是在接觸網的設計過程中應考慮氣候對接觸網的影響，因此架空接觸網也可以確保牽引網系統的安全可靠運行。只是由于架空接觸網的結構復雜，發生故障的幾率會高于采用接觸軌的系統。

2.3 牽引網電壓和走行軌電位

接觸軌的電阻為0.008Ω/m，而柔性簡單鏈形懸掛架空接觸網的電阻為0.024Ω/m，采用接觸軌的壓降比采用架空接觸網的系統壓降少。但由于兩種系統的饋線電流相同，因此走行軌電位也相同。

2.4 牽引網能耗

由于采用接觸軌的系統阻抗小，因此在饋線電流相同的情況下，牽引網的能耗小于采用架空接觸網。

2.5 電磁影響

圖1 接觸軌授流

圖2 架空接觸網

采用DC1500V供電，無論是接觸軌還是架空接觸網，牽引網對城市軌道交通之外的金屬導體和電器設備的電磁影響都很小，可以忽略不計。

2.6 使用壽命

接觸軌形式的牽引網使用設備堅固、壽命較長。根據國內外資料顯示，接觸軌設備（不包括車輛的受電裝置）一般可使用100年。如果采用鋼鋁復合軌，其壽命由不銹鋼帶的壽命來決定。不銹鋼帶鉻含量一般為12%～17%，具有極佳的耐磨性。在舊金山耐磨實驗中，受流器通過60萬次，損耗0.025mm；在溫 哥華90萬次耐磨實驗中，損耗0.039mm；在柏林87萬次耐磨實驗中，損耗0.03mm；在布拉格65萬次耐磨實驗中，損耗0.04mm。如果假定工程行車組織方案為6輛編組，4動2拖；行車密度2min；全日開行列車數265對，按拖車帶授流器的情況計算，每年的磨耗約為96.7萬次。由上述各地耐磨實驗的數據推算，在受流器每年通過100萬次的情況下，50年損耗約為2.3mm，按鋼帶磨耗4mm計算，鋼鋁復合軌壽命約為88年。

柔性架空接觸網在800弓架次/天通過時的壽命一般為15～20年。

3 安全防護方面

3.1 接觸軌系統

DC1500V接觸軌都是沿電動列車行駛線路的地面安裝敷設，采用上、下部授流接觸方式，接觸軌被防護罩防護。防護罩設計合理、結構堅固、顏色醒目，對帶電接觸軌的防護性能好，帶電接觸軌不容易被無意識地碰觸到，能確保人身安全。因此，如果不是有意觸摸，接觸軌受電方式是不會產生觸電傷人事故的。

但由于在車輛段內設有各種維護檢修工區，運營維護人員較多，使得采用DC1500V接觸軌帶來的不安全因素依然存在，已成為1 500V接觸軌的最大弱點。

3.2 架空柔性接觸網系統

柔性懸掛為架空懸掛方式，車輛段內各專業維護檢修人員進行檢修作業區無需斷電就可完成檢修、維護工作。提高了維護管理效率，減少了人員觸電事故。

在安全防護方面車輛段采用DC1500V接觸軌時，必須將帶電區進行隔離，只有停電后才允許進行檢修。而架空柔性懸掛則無需斷電便可進行維護、檢修作業。

4 運營維護

接觸軌系統本身的維修維護的工作量較小，主要是調整接觸軌靜態幾何尺寸、擦拭絕緣子、整修托架、緊固螺栓等只須人工作業的維修內容。檢測的方法為目測和工具，工具為普通的量尺，無需配置專用車輛。維修時間的安排上也無須中斷正常的運營，只是利用停運后的3～4h的時間就可以了。架空接觸網的維修維護工作量比接觸軌要大。

5 設備費用

按中等規模車輛段采用DC750或DC1500V接觸軌為8km，單線公里170萬元；采用DC1500V架空接觸網為8.8km，單線公里130 萬元計，則采用DC1500V接觸軌的費用比采用架空接觸網費用高216萬元。

6 國產化

DC1500V系統下無論是接觸軌還是架空柔性懸掛，目前設備器材都實現了國產化。接觸軌中的鋼鋁復合軌的國產化已跨入了新的階段。廣州地鐵四號線DC1500V鋼鋁復合接觸軌由中鐵電氣化工程局寶雞器材廠生產供貨，北京地鐵十號線一期由南京賽彤（與西門子（中國）公司合作）供貨。對于玻璃鋼防護罩、防護罩支架等零部件國內均有生產加工能力。架空接觸網系統線材、零部件亦實現了國產化。

7 結語

從以上討論可以看出，車輛段采用DC1500V接觸軌還是架空接觸網在技術上不是問題。從經濟角度看接觸軌投資略高于接觸網，但從長期的運營角度看，采用接觸軌系統，更經濟；從安全性上看，采用接觸軌系統略低于架空接觸網，但采用接觸軌系統的車輛段必須對供電區域進行劃分，嚴格按規程操作，安全性還是有保證的。